يمكن أن تحل “صفارات الإنذار المظلمة” أحد أعظم الألغاز في علم الكونيات

بالعربي/ قدم فريق طريقة لأحداث الموجات الثقالية تسمى صفارات الإنذار المظلمة لحل أزمة في علم الكونيات

في السنوات الأخيرة ، واجه علماء الكونيات أزمة: الكون يتوسع ، لكن لا أحد يستطيع الاتفاق على مدى سرعته في الابتعاد عنا.

هذا لأن الطرق المختلفة لقياس ثابت هابل ، وهو عامل أساسي يصف هذا التوسع ، قد أدى إلى نتائج متضاربة. 

لكن ملاحظة واحدة محظوظة لما يُعرف باسم صفارات الإنذار المظلمة – الثقوب السوداء أو النجوم النيوترونية التي يمكن التقاط تصادماتها بواسطة كاشفات الموجات الثقالية على الأرض ولكنها تظل غير مرئية للتلسكوبات العادية – يمكن أن تساعد في حل هذا التوتر. 

مع توسع الكون ، تبتعد المجرات في الكون عن الأرض بسرعة تعتمد على بعدها عنا. العلاقة بين السرعة والمسافة تسمى ثابت هابل ، على اسم عالم الفلك الأمريكي إدوين هابل ، الذي حسب قيمته لأول مرة في عشرينيات القرن الماضي. 

من خلال النظر إلى النجوم الوامضة المعروفة باسم Cepheids في الكون المحلي ، أنتج بعض الباحثين قياسات حديثة ودقيقة للغاية لثابت هابل. لكن طريقة منافسة تعتمد على بقايا ضوء تعود إلى 380 ألف سنة بعد الانفجار العظيم ، والمعروفة باسم الخلفية الكونية الميكروية الميكروية (CMB) ، تنتج إجابة مختلفة تمامًا ، تاركة علماء الكون في حيرة من أمرهم بشأن ما يحدث.

قال سوهراب بورهانيان ، الفيزيائي في جامعة ولاية بنسلفانيا ، لـ Live Science: “يمكن أن تمنحك موجات الجاذبية مؤشرًا مختلفًا لثابت هابل”.

عندما تصطدم أجسام ضخمة مثل الثقوب السوداء أو النجوم النيوترونية ببعضها البعض ، فإنها تشوه نسيج الزمكان ، مرسلة موجات ثقالية. منذ عام 2015 ، كان مرصد موجات الجاذبية بالليزر الأمريكي (LIGO) ونظيره الأوروبي العذراء يستمعان لمثل هذه الاصطدامات الضخمة ، التي تدق في أجهزة الكشف الخاصة بهم مثل الأجراس الصغيرة. 

اعتمادًا على بعدهم عن الأرض ، ستبدو هذه الأحداث أعلى أو أكثر هدوءًا بالنسبة إلى LIGO ، مما يتيح للعلماء حساب المسافة التي حدثت فيها. في بعض الحالات ، تؤدي قعقعة هذه الكيانات الثقيلة أيضًا إلى وميض من الضوء قد يلتقطه علماء الفلك في تلسكوباتهم ، مما يؤدي إلى ترميز المعلومات حول مدى سرعة انتقالهم بعيدًا عنا. 

حتى الآن ، لاحظ الباحثون حدثًا واحدًا فقط مع كل من إشارات الموجات الثقالية والضوء ، وهما زوج من النجوم النيوترونية التي لاحظها علماء الفلك في عام 2017 في كل من كاشفات ليجو بالإضافة إلى التلسكوبات الأخرى. من هذا المنطلق ، قام الفيزيائيون بحساب قيمة ثابت هابل ، على الرغم من أن أشرطة الخطأ في القياس كبيرة بما يكفي لتتداخل مع كل من النتائج القادمة من النجوم الوامضة وتلك من CMB ، كما قال بورهانيان. 

وأضاف أن العمل السابق أظهر أن علماء الكونيات سيحتاجون إلى رؤية حوالي 50 حدثًا مثل هذا ، وهو أمر نادر إلى حد ما ، من أجل الحصول على حساب أكثر دقة لثابت هابل. 

توفر صفارات الإنذار المظلمة طريقًا يحتمل أن يكون أسرع. لا ترتبط مثل هذه الحوادث بمضات من الضوء ، والتي تحتوي على جميع المعلومات المهمة عن السرعة. هذه الأحداث غير المرئية إلا من خلال موجات الجاذبية ، هي الإشارات الأكثر شيوعًا التي يتم التقاطها في LIGO ومنشآت موجات الجاذبية الأخرى.

على مدى السنوات الخمس المقبلة ، من المتوقع أن تتلقى أجهزة كشف LIGO ترقيات ستمكنها من فك الكثير من التفاصيل حول إشارات موجات الجاذبية والتقاط المزيد من الأحداث ، بما في ذلك المزيد من صفارات الإنذار المظلمة. انضم مؤخرًا جهاز Kamioka Gravitational Wave Detector (KAGRA) في اليابان إلى المرافق الأمريكية والأوروبية ، ومن المفترض أن يبدأ تشغيل كاشف هندي في حوالي عام 2024. 

قال برهانيان إنه في يوم من الأيام ، يجب أن تكون الشبكة قادرة على تحديد المكان الذي حدث فيه تحطم صفارات الإنذار المظلمة في السماء بنحو 400 مرة أفضل مما يمكن للعلماء حاليًا. باستخدام هذه المعلومات ، يمكن لعلماء الفلك تحديد مجرة ​​في الموقع الدقيق الذي حدث فيه التحطم ، ثم تحديد مدى سرعة تلك المجرة في الابتعاد عن الأرض. لن تكون هناك حاجة أيضًا للعثور على وميض ضوء مرتبط.

أظهر برهانيان وفريقه أن الاصطدامات بين الأجسام ذات الصوت العالي أو الثقيل أو غير المتكافئ في الكتلة ، والتي يسمونها صفارات الإنذار الذهبية الداكنة ، ستكون غنية بالمعلومات بشكل خاص ، مما ينتج بيانات قد تحدد تحطم موجة الجاذبية بشكل جيد. احسب ثابت هابل بدقة عالية. 

قال: “يمكننا القيام بذلك بحدث واحد ، بدلاً من 50” ، وربما يكون ذلك كافيًا للتأثير على مجتمع علم الكونيات نحو قياس أو آخر. سيقدم برهانيان النتائج التي توصلت إليها مجموعته في اجتماع الجمعية الفيزيائية الأمريكية في أبريل في 18 أبريل. 

قالت مايا فيشباخ ، عالمة فلك الموجات الثقالية وعضو فريق ليجو في جامعة نورث وسترن في إيفانستون بولاية إلينوي ، والتي كانت تعمل في ذلك الوقت لا يرتبط بالعمل. 

تشير نتائج المجموعة إلى أن LIGO ونظرائه في جميع أنحاء العالم يجب أن يبدؤوا في رؤية العديد من الأحداث المحلية في المستقبل القريب ، على حد قولها. لكن من المحتمل أن تحل القياسات الأخرى أزمة ثابت هابل قبل أن تنطلق صفارات الإنذار المظلمة ، كما قال فيشباخ لـ Live Science. 

ومع ذلك ، لا يزال فيشباخ متحمسًا لإمكانية مجال علم كونيات الموجات الثقالية للإجابة على أسئلة أساسية أخرى في المستقبل ، مثل طبيعة وتفاصيل الطاقة المظلمة ، وهي المادة الغامضة التي تقود التوسع المتسارع للكون.

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com