اكتشافات جديدة تكشف أسرار الطاقة المظلمة

مقدمة حول الطاقة المظلمة في الكون

تشير تلميحات جديدة من أحد أكثر الاستبيانات شمولاً للكون حتى الآن إلى أن الطاقة المظلمة الغامضة قد تتطور بطرق يمكن أن تغير طريقة فهم علماء الفلك للكون.

الطاقة المظلمة هو مصطلح يستخدمه العلماء لوصف الطاقة أو القوة التي تسرّع توسع الكون. ولكن - على الرغم من أنها تمثل 70% من الطاقة في الكون - إلا أن الباحثين لا يزالون يجهلون ماهية الطاقة المظلمة بالضبط، كما يقول مصطفى إيشاك-بوشاكي أستاذ الفيزياء والفيزياء الفلكية في جامعة تكساس في دالاس.

ويشغل إيشاك-بوشاكي منصب رئيس مشارك في مجموعة عمل تابعة لأداة الطاقة المظلمة الطيفية التعاونية المعروفة باسم DESI. ويمكن لهذه الأداة، التي دخلت الآن عامها الرابع في استبيان السماء، أن ترصد الضوء الصادر من 5000 مجرة في نفس الوقت. وعندما ينتهي المشروع في العام المقبل، سيكون قد قاس ضوء حوالي 50 مليون مجرة.

وقد شارك التعاون، الذي يضم أكثر من 900 باحث، أحدث إصدار للبيانات من أول ثلاث سنوات من عمليات الرصد التي قام بها مشروع DESI في 19 مارس. ومن بين النتائج التي توصلت إليها قياسات ما يقرب من 15 مليون مجرة وكوازارات، وهي من ألمع الأجسام في الكون. وقد ساعد إيشاك-بوشاكي في قيادة تحليل أحدث إصدار لبيانات DESI، والذي يشير إلى أن الطاقة المظلمة - التي طالما أطلق عليها اسم "الثابت الكوني" نظراً لاعتقاد علماء الفلك أنها لا تتغير - تتصرف بطرق غير متوقعة، بل وربما تضعف مع مرور الوقت.

وقال ديفيد واينبرغ، أستاذ علم الفلك في جامعة ولاية أوهايو الذي ساهم في تحليل DESI، في بيان: "كان اكتشاف الطاقة المظلمة، منذ ما يقرب من 30 عاماً، أكبر مفاجأة في حياتي العلمية". وأضاف: "تقدم هذه القياسات الجديدة أقوى دليل حتى الآن على أن الطاقة المظلمة تتطور، وهو ما سيكون تغييراً آخر يذهل العقل في فهمنا لكيفية عمل الكون".

نظرة عميقة على أدوات تحليل الطاقة المظلمة

ويقول العلماء إن هذه النتائج تقرب علماء الفلك خطوة أخرى من كشف الطبيعة الغامضة للطاقة المظلمة، وهو ما قد يعني أن النموذج القياسي لكيفية عمل الكون قد يحتاج أيضاً إلى تحديث.

توجد أداة التحليل الطيفي للطاقة المظلمة على قمة تلسكوب نيكولاس يو مايال التابع لمؤسسة العلوم الوطنية في مرصد كيت بيك الوطني في توسون بولاية أريزونا. تمكّن "عيون" الألياف البصرية البالغ عددها 5000 "عين" وقدرات الاستبيان الواسعة التي تتمتع بها الأداة العلماء من بناء واحدة من أكبر الخرائط ثلاثية الأبعاد للكون وتتبع كيفية تأثير الطاقة المظلمة على الكون وتشكيله على مدى ال 11 مليار سنة الماضية.

{{MEDIA}}

يستغرق الضوء المنبعث من الأجرام السماوية مثل المجرات وقتاً طويلاً للانتقال إلى الأرض، مما يعني أن بإمكان DESI أن يرى بفعالية كيف كان الكون في نقاط زمنية مختلفة، من مليارات السنين إلى الوقت الحاضر.

قال جون موستاكاس، أستاذ الفيزياء في كلية سيينا والمشارك في إصدار البيانات: "لا يشبه DESI أي جهاز آخر من حيث قدرته على رصد الأجسام المستقلة في وقت واحد".

وتتضمن أحدث النتائج بيانات عن أكثر من ضعف الأجرام الكونية التي تم استبيانها وقُدمت قبل أقل من عام. وقد ألمحت تلك الاكتشافات لعام 2024 لأول مرة إلى كيفية تطور الطاقة المظلمة.

تصاعد الأدلة الكونية حول الطاقة المظلمة

قال أندريه كوسيو، باحث ما بعد الدكتوراه في مختبر لورانس بيركلي الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية، الذي يدير مبادرة الطاقة المظلمة في الفضاء الخارجي والرئيس المشارك لمجموعة عمل ليمان ألفا التابعة للمبادرة في بيان: "نحن في مجال ترك الكون يخبرنا كيف يعمل، وربما يخبرنا الكون أنه أكثر تعقيدًا مما كنا نظن". "من المثير للاهتمام ويمنحنا المزيد من الثقة أن نرى أن العديد من خطوط الأدلة المختلفة تشير إلى نفس الاتجاه."

يمكن لمقياس DESI قياس ما يسميه العلماء مقياس التذبذب الصوتي الباريوني، أو BAO، وهو في الأساس كيف تركت الأحداث التي وقعت في وقت مبكر من الكون أنماطاً في كيفية توزيع المادة عبر الكون. وينظر علماء الفلك إلى مقياس BAO، الذي يفصل بين المادة بحوالي 480 مليون سنة ضوئية، كمقياس معياري.

وقال بول مارتيني، منسق التحليل وأستاذ علم الفلك في جامعة ولاية أوهايو: "مقياس الفصل هذا يشبه مسطرة عملاقة حقاً في الفضاء يمكننا استخدامها لقياس المسافات، ونحن نستخدم مزيجاً من هذه المسافات والانزياحات الحمراء (سرعة ابتعاد الأجسام عنا) لقياس تمدد الكون".

يُظهر قياس تأثير الطاقة المظلمة عبر تاريخ الكون مدى هيمنة هذه القوة على الكون.

وبدأ الباحثون يلاحظون عندما جمعوا هذه الملاحظات مع قياسات أخرى للضوء عبر الكون مثل النجوم المتفجرة، والضوء المشوه بالجاذبية للمجرات البعيدة، والضوء المتبقي من فجر الكون، الذي يسمى الخلفية الكونية الميكروية، أن بيانات DESI تُظهر أن تأثير الطاقة المظلمة قد يكون يضعف مع مرور الوقت.

وقال إيشاك-بوشاكي في رسالة بالبريد الإلكتروني: "إذا استمر هذا الأمر، فلن تكون الطاقة المظلمة في نهاية المطاف هي القوة المهيمنة في الكون". "لذلك سيتوقف توسع الكون عن التسارع وسيتوقف التمدد الكوني ويسير بمعدل ثابت أو حتى في بعض النماذج يمكن أن يتوقف وينهار مرة أخرى. بالطبع، هذه الاحتمالات المستقبلية بعيدة جداً وستستغرق مليارات السنين لتحدث. لقد عملت على مسألة التسارع الكوني لمدة 25 عاماً، ووجهة نظري هي أنه إذا استمرت الأدلة في النمو، ومن المرجح أن يحدث ذلك، فسيكون هذا أمراً هائلاً بالنسبة لعلم الكونيات والفيزياء كلها."

{{MEDIA}}

حل لغز تطور الطاقة المظلمة

قال إيشاك-بوشاك إنه لا توجد أدلة كافية حتى الآن للإعلان عن اكتشاف رائد يقول بشكل قاطع أن الطاقة المظلمة تتطور وتضعف، لكن هذا قد يتغير في غضون عامين فقط.

قال مارتيني: "سؤالي الكبير الأول هو ما إذا كنا سنستمر في رؤية أدلة على تطور الطاقة المظلمة مع تحسن قياساتنا أكثر فأكثر". "إذا وصلنا إلى النقطة التي تكون فيها الأدلة دامغة، فسيكون سؤالي التالي هو كيف تتطور الطاقة المظلمة؟ وما هي التفسيرات الفيزيائية الأكثر احتمالاً؟".

يمكن أن يساعد إصدار البيانات الجديدة أيضاً علماء الفيزياء الفلكية على فهم أفضل لكيفية تطور المجرات والثقوب السوداء وطبيعة المادة المظلمة. وعلى الرغم من أن المادة المظلمة لم يتم اكتشافها من قبل، إلا أنه يُعتقد أنها تشكل 85% من إجمالي المادة في الكون.

ويتوق العلماء المشاركون في هذا التعاون إلى تحسين قياساتهم باستخدام DESI.

قال مايكل ليفي، مدير DESI والعالم في مختبر لورانس بيركلي الوطني: "مهما كانت طبيعة الطاقة المظلمة، فإنها ستشكل مستقبل كوننا". "إنه لأمر رائع للغاية أن نتمكن من النظر إلى السماء بتلسكوباتنا ومحاولة الإجابة على أحد أكبر الأسئلة التي طرحتها البشرية على الإطلاق."

وقال مارتيني إن هناك تجربة جديدة تسمى "سبيك-إس 5"، أو تجربة المرحلة الخامسة من التجربة الطيفية يمكن أن تقيس أكثر من 10 أضعاف عدد المجرات التي يقيسها تلسكوب DESI لدراسة كل من الطاقة المظلمة والمادة المظلمة.

وقال مارتيني: "ستستخدم Spec-S5 تلسكوبات في نصفي الكرة الأرضية الشمالي والجنوبي لرسم خرائط للمجرات عبر السماء بأكملها". "نحن متحمسون أيضاً لكيفية قيام تلسكوب (فيرا) روبين بدراسة المستعرات العظمى، وتوفير مجموعة بيانات جديدة وموحدة لدراسة تاريخ توسع (الكون)."

وقال جيسون رودس، عالم الكونيات الرصدي في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا في باسادينا بكاليفورنيا، إن المراصد الفضائية الأخرى، مثل التلسكوب الفضائي إقليدس وتلسكوب الفضاء نانسي غريس رومان، المقرر إطلاقه في عام 2027، ستساهم أيضاً في السنوات القادمة في إجراء المزيد من القياسات الرئيسية للمادة المظلمة والطاقة المظلمة التي يمكن أن تساعد في سد الثغرات. ورودس، الذي لا يشارك في مبادرة DESI، هو القائد العلمي الأمريكي لإقليدس والباحث الرئيسي لفريق علم الطاقة المظلمة في إقليدس التابع لناسا.

قال رودس، الذي وصف النتائج بالمثيرة للاهتمام، إن البيانات تُظهر توترًا طفيفًا ولكن مستمرًا بين القياسات من الأيام الأولى للكون وتلك التي تعود إلى الكون في وقت لاحق.

وقال رودس: "(هذا يعني) أن أبسط نموذج للطاقة المظلمة لدينا لا يسمح تماماً بتطور الكون المبكر الذي نرصده إلى الكون المتأخر الذي نرصده". "يبدو أن نتائج DESI (وبعض النتائج الحديثة الأخرى) تشير إلى أن النموذج الأكثر تعقيدًا للطاقة المظلمة هو المفضل.وهذا أمر مثير حقاً لأنه قد يعني أن فيزياء جديدة غير معروفة تحكم تطور الكون. لقد أعطتنا نتائج DESI نتائج محيرة قد تشير إلى الحاجة إلى نموذج جديد لعلم الكونيات."