بالون يُطلق خارج الغلاف الجوي يكشف ظهور الكون عندما كان عمره 300 ألف سنة فقط * نتائج ثلاث تجارب جديدة حول إشعاع الخلفية * قدمت ثلاث دراسات جديدة حول إشعاع الخلفية الكونية بيانات كمية، فيما يتعلق بكمية المادة في الكون الكون، نسبة المادة المظلمة والطاقة المظلمة
في الصورة: الكون في بداياته من "بوميرانغ". الألوان المختلفة تشير إلى اختلافات في درجة حرارة الإشعاع في الصورة: باستخدام مثل هذا البالون الذي تم إرساله إلى مرتفعات قارة القطب الجنوبي، تم قياس الاضطرابات في شدة إشعاع المادة في الكون: تجربة "بوميرانغ"
ثلاثة فرق من العلماء (ومن بينهم - كما في الدراسة المذكورة أعلاه كان هناك باحث إسرائيلي) قدمت الآن بيانات رقمية عن كمية المادة في الكون وتقديرات كمية فيما يتعلق بنسبة المادة المظلمة والطاقة المظلمة. لا يوجد إجماع على جميع البيانات المقدمة في مؤتمر الجمعية الفيزيائية الأمريكية الذي عقد الشهر الماضي. ولكن من الأعمال الثلاثة يبدو أن نسبة المادة العادية في الكون لا تتجاوز 5 بالمائة. وتم حساب نسبة المادة المظلمة لتكون 30 بالمائة ونسبة الطاقة المظلمة إلى 65 بالمائة.
العلماء الذين أبلغوا عن ذلك كانوا يقيسون إشعاع الخلفية في الكون. وقد دعمت أعمالهم النظرية التي تتناول "الكون التضخمي" القديم، وسلطت الضوء لأول مرة على تطور الاضطرابات الصغيرة التي حدثت في كثافة الكون القديم حتى تشكيل أكبر الهياكل التي نعرفها اليوم.
تم الحصول على نتائج تجربتين حول هذا الموضوع من رحلات البالونات الطويلة؛ أما التجربة الثالثة فقد أجريت على جهاز أرضي يعمل في محطة الأبحاث الأمريكية في القطب الجنوبي. تم إطلاق إشعاع الخلفية الكونية من اقترانه، المادة البدائية، بعد مئات الآلاف من السنين من "الانفجار الكبير". الحدث الفريد الذي خلق فيه الكون حدث منذ حوالي 13-12.5 مليار سنة.
كان الكون في لحظاته الأولى -هكذا يصفه العلماء- مجرد بحر مضطرب من الجسيمات والإشعاعات التي اختلطت مع بعضها البعض، لتخلق جسيمات جديدة وتلغيها.
وكان الإشعاع قريباً من المادة، بسبب امتصاص الفوتونات (جسيمات الضوء). تم إنشاء أزواج من الجسيم والجسيم المضاد، وتم إطلاق الفوتونات - في لقاءات عرضية لمثل هذه الأزواج. فقط عندما انضمت الإلكترونات إلى النوى - التي نشأت في الدقائق الثلاث الأولى من عمر الكون - أمكن للفوتونات أن تنتشر دون عوائق. اليوم، يمكن التقاطها بأجهزة القياس.
خلقت المادة والطاقة الممتزجة في بداية الكون "خلفية" موحدة تقريبًا. وكان مصير اضطرابات الكثافة يشبه إلى حد ما الموجات الصوتية المنتشرة في الهواء: والتي تتطور وتختفي. وعندما يكون الاضطراب أكبر، فإنها تتطور.
وبعد فترة معينة، فإن الاضطراب الذي لا يختفي بل يزداد بمرور الوقت - قد يتسبب في انفصال قطعة من المادة عن كل شيء آخر - وتقلصها بسبب جاذبيتها.
ومن هذه الاضطرابات الأولى ولدت، بعد مئات الملايين من السنين، العناقيد المجرية الأولية، والتي يُنظر إليها اليوم على أنها مجموعة من آلاف المجرات المتمركزة في مكان محدد، في الفضاء.
وإذا أردنا أن ندرس حالة الاضطرابات في الكون البدائي، فلا بد أن نبحث عنها في التغيرات الطفيفة التي تحدث في شدة الإشعاع، بين منطقة وأخرى، في السماء. هذا التغيير الطفيف هو علامة على التجمعات المحلية للمادة في الكون المبكر.
وقامت المركبة الفضائية "كوبي" بدراسة إشعاع الخلفية الكونية وقياس درجة حرارة المنطقة التي ينبعث منها. ولم تتمكن من توصيف التغيرات التي حدثت في شدة الإشعاع، بسبب الفصل الزاوي في الكواشف. أخذت هذه صورة ضبابية للمنطقة التي ينبعث منها الإشعاع. ولم يتم تعميق هذا البحث إلا بمساعدة الأدوات الأحدث التي تم تطويرها لهذا الغرض.
تم تعليق الأدوات الجديدة لهذه المهمة على البالونات التي تبحر عاليا فوق القارة القطبية الجنوبية.
النتائج الأولى لإحدى هذه التجارب هي الآلة
"بوميرانغ" - تم نشره منذ حوالي عام وأكد بشكل عام الافتراضات التي تراكمت، بما في ذلك الصورة، فيما يتعلق بالاضطرابات الأولى المذكورة أعلاه. الاستنتاج: معظم الاضطرابات حدثت على مسافة زاوية بين الاضطراب والاضطراب. وهذه المسافة كلها في حدود درجة واحدة (أي: ضعف حجم البدر).
وكانت هذه أكبر الاضطرابات في الإشعاع الذي انطلق من المادة في الثانية من تكوين الكون. وأكد هذا الاكتشاف نظرية الكون التضخمي وأيضا الافتراض بأن الكون "مسطح" ويتوسع إلى الأبد.
تم تعريف الدراسة بأكملها بأنها "اكتشاف العام". قياس أصغر الاضطرابات التي حدثت في شدة الإشعاع، والتي تقابل اضطرابات أصغر من تلك التي شكلت التجمعات الكبيرة من المجرات.
في المؤتمر، قدم فريق مشروع "بوميرانغ" تقريرًا عن الاضطرابات الأصغر الموجودة في التجربة - بعد إعادة معالجة كامل البيانات التي تم التقاطها في منطاده. وفي الوقت نفسه تم عرض نتائج التجربة الأرضية التي أجريت من القطب الجنوبي. لقد تطابقت مع تلك الموجودة في "بوميرانغ". وهذا هو الحال أيضاً مع تجربة أخرى تسمى "ماكسيما" شارك فيها الشريك الإسرائيلي الدكتور شاؤول حناني (حالياً في جامعة مينيسوتا في الولايات المتحدة).
لا تؤكد البيانات صورة الكون التضخمي فحسب، بل تتيح أيضًا تحديد أي جزء من محتوى الكون يتخذ شكل مادة عادية (وليس الإشعاع والجسيمات الغريبة، أو الطاقة الحرة). ويقدر أن هذا الجزء يشكل حوالي 5% من محتويات الكون.
ومن ناحية أخرى، فإن الأرقام التي تتناول كمية المادة المظلمة والطاقة المظلمة أقل تأكيدًا. ونحن نرى الآن أن 30% من محتويات الكون عبارة عن مادة مظلمة (جسيمات طبيعتها غير معروفة حاليًا) وحوالي 65% من الكون عبارة عن طاقة مظلمة، تتواجد في جسيمات تولد وتموت فورًا في كل مكان في الكون.
نشر فريق دولي من علماء الكون، أمس، أوضح صورة للكون المبكر، منذ أن لم تكن هناك نجوم بعد، وكان الفضاء مليئا بالغاز الساخن المضغوط. بالنسبة لمراقب غير مدرب، تبدو الصور وكأنها مجموعة من النقط التي لا معنى لها.
هذا هو المشروع الذي يتم فيه إطلاق بالون يعرف باسم "يرتد" في الغلاف الجوي. توفر البيانات التي تم جمعها بواسطة الأدوات الموجودة على البالون لعلماء الكونيات تأكيدًا غير مسبوق لبعض أهم النظريات حول طبيعة الكون وكيفية تطوره.
يبدو أن الدراسة الجديدة هي التحقق الأكثر دقة وتفصيلاً حتى الآن لنظرية الانفجار الكبير. ووفقا لهذه النظرية، كان الكون في البداية مكونا من غاز مضغوط للغاية. وفي مرحلة ما حدث انفجار ضخم، عرف باسم "الانفجار الكبير"، وبدأ الكون في التوسع. وبمرور الوقت، بدأت تظهر اختلافات في كثافة المادة الموجودة فيه. وبالفعل، كشف تحليل أشعة الميكروويف عن صورة مشابهة لكون متجانس مع انحرافات صغيرة جدًا في درجة انضغاط المادة.
يلتقط "البوميرانج" أشعة الموجات الدقيقة، التي يسميها علماء الكونيات "إشعاع الخلفية الكونية"، والتي تصل إلى الأرض من أقاصي الكون. وبما أن أشعة الميكروويف تتقدم بسرعة ثابتة (سرعة الضوء)، فإن بعض الأشعة التي تصل إلى الأرض اليوم بدأت طريقها عندما كان عمر الكون 300,000 ألف سنة فقط (عمر الكون اليوم حوالي 15-12 مليار سنة) ).
وتعكس البقع الموجودة في الصور في الواقع اختلافات درجات الحرارة في إشعاع الميكروويف الذي يصل إلى الأرض من جميع اتجاهات السماء. تعكس الاختلافات في درجات حرارة إشعاع الميكروويف الكون في بدايته: فالأماكن التي تكون فيها درجة حرارة الإشعاع مرتفعة نسبيًا، تشير إلى كثافة عالية للمادة؛ تشير الأماكن التي تكون فيها درجة الحرارة منخفضة نسبيًا إلى أن المادة أقل كثافة.
يقول عالم الفيزياء الفلكية البروفيسور أفيشاي ديكل، رئيس معهد راكاش للفيزياء في الجامعة العبرية: "لقد اجتازت نظرية الانفجار الكبير الآن اختبارًا مهمًا للغاية". "النتائج الجديدة تؤكد النموذج الكوني القياسي للانفجار الكبير، يليه التوسع التضخمي."
وقد أثارت الدراسة التي نشرت أمس في مجلة "نيتشر" العلمية حماسا كبيرا لدى علماء الكون الذين كانوا ينتظرون نتائجها منذ فترة طويلة. وهناك نتيجة مهمة أخرى تؤكد النماذج النظرية التي تقول إن الكون "مسطح"، أو بالمصطلحات الفلكية: شعاعان متوازيان من الضوء لن يلتقيا أبدا. وهذا على النقيض من الاحتمالات الأخرى التي أثيرت في نظرية النسبية العامة لأينشتاين، والتي بموجبها يمكن "انحناء" الفضاء بطرق مختلفة، بحيث يمكن أن تلتقي الخطوط المتوازية.
ومع ذلك، فاجأت الصور بعض علماء الكونيات أيضًا بما لم تظهره: وفقًا لمعظم النماذج النظرية، كان من المفترض أن يكون "بوميرانغ" قد لاحظ حتى أصغر الاختلافات في درجات الحرارة لإشعاع الميكروويف. ولم يلاحظهم "بوميرانغ"، ويحاول الباحثون اليوم معرفة السبب.
{ظهر في صحيفة هآرتس بتاريخ 28/4/2000{
ما هو عمر الكون؟
لسنوات عديدة ناضل علماء الفلك لحساب عمر الكون. وتراوحت تقديراتهم بين 10 إلى 20 مليار سنة، وهو مجال محبط من حيث مساحته. واستمرت هذه المناقشات حتى إطلاق تلسكوب هابل الفضائي، الذي سمي على اسم عالم الفلك الذي بدأ قبل 70 عاما في دراسة عمر الكون.
اكتشف إدوين هابل أن معدل ابتعاد المجرات عن بعضها البعض يتناسب مع بعدها. معدل التوسع: ثابت هابل هو المفتاح لحساب عمر الكون وحجمه. ولكن لتحديد الثابت بشكل لا لبس فيه، يجب إجراء قياسات دقيقة للمجرات البعيدة.
في مايو 1999، نشر فريق بقيادة ويندي فريمان من معهد كارنيجي في واشنطن العاصمة، نتائج القياسات التي أجروها باستخدام تلسكوب هابل خلال السنوات الثماني التي قضاها هابل في إجراء الملاحظات حتى ذلك الحين.
يتوسع الكون بمعدل 21 كيلومترًا في الثانية لكل مليون سنة ضوئية. ومن ثم فإن العمر التقريبي للكون هو 12 مليار سنة، وهو تقريبا عمر أقدم النجوم. ويخفف هذا الرقم الجديد العلماء من لغز محرج: تشير التقديرات السابقة إلى أن الكون أصغر سنا من عمر نجومه القديمة.
يقول فريمان: «أخيرًا، بعد كل هذه السنوات، دخلنا عصر علم الكونيات الدقيق. ومن الآن فصاعدا يمكننا أن ننتقل إلى الصورة الأوسع لأصل الكون وتطوره ومستقبله". هل الرقم الجديد هو حقا الكلمة الأخيرة؟ ليس تماما. في يونيو 1999، أبلغ علماء الفلك باستخدام مجموعة واسعة من التلسكوبات الراديوية عن قياسات لمجرة بعيدة "تجدد" الكون بنسبة 15 بالمائة مقارنة بنتائج هابل.
بقلم: تمارا تروبمان * كان موقع حيدان حتى عام 2002 جزءًا من بوابة IOL التابعة لمجموعة هآرتس
