الملاحظات الجديدة للمستعرات الأعظمية التي تنبعث منها كمية ثابتة من الضوء تزيد من حدة الجدل الدائر حول توسع الكون
أفيشاي جال يام، هآرتس
الصورة: ناسا
عندما نظر البشر إلى السماء ليلاً في فجر التاريخ، رأوا الدم في عيونهم
الأنظمة النجمية والأبراج السماوية للآلهة. مفهوم أن الكون أبدي،
واستمرت مرصعة بالنجوم الثابتة في السيطرة على القبة حتى بداية القرن
.20
نعلم اليوم أن النجوم ليست أبدية: فهي "تولد" من سحب الغاز
الانهيار بين النجوم تحت تأثير الجاذبية. تتطور، وفي هذه العملية
تحويل كميات هائلة من الطاقة النووية إلى إشعاعات، مثل ضوء
الشمس؛ وأخيرا، عندما يتم استخدام وقودهم النووي، يموتون. يوجد
من المتوقع أن تموت النجوم، مثل شمسنا، "موتًا هادئًا" - لكي تبرد
وتتلاشى ببطء في الظلام بين النجوم. لكن نجوماً آخرين
أولئك الذين يعانون من زيادة الوزن أو لديهم شريك مقرب، قد يموتون
موت أكثر دراماتيكية وسحرًا: تنتهي حياتهم بانفجار عنيف يتم إطلاق سراحها فيه
يتم تمزق وتطاير كمية هائلة من الطاقة وجزء كبير من النجم
في كل مكان. ويسمى مثل هذا الانفجار "المستعر الأعظم". النجم الذي أصبح سوبر نوفا
قد يلمع لعدة أسابيع بقوة تعادل قوة المليارات
النجوم كالشمس - ضوئها قد يطغى على نور المجرة بأكملها.
في عام 1054، انفجر مستعر أعظم في جزء قريب نسبيًا من المجرة
إلى الأرض - على مسافة 6,500 سنة ضوئية منها. ضوء الانفجار
وكان شديدا لدرجة أن علماء الفلك الصينيين وصفوا "النجم الجديد" الذي ظهر
وفجأة أبلغوا أنه بعد ثلاثة أشهر من ظهوره أصبح من الممكن التمييز
في ضوءه في النهار. وبقايا هذا الانفجار المعروف باسم "سديم السرطان"
وهي واحدة من أجمل الأجرام السماوية المعروفة لنا اليوم.
تعلم الفيزياء الفلكية الحديثة أن المستعرات الأعظم هي بوتقة الانصهار
الكون حيث تم دمج الهيدروجين والهيليوم، اللذين يشكلان معظم المادة
في الكون إلى عناصر أثقل مثل الكربون والأكسجين والنيتروجين والحديد.
الذرات التي تشكل كوكبنا وأنفسنا خلقت قبلي
مليارات السنين، عندما مات نجم قديم في انفجار سوبر نوفا.
وبهذا المعنى، فإننا جميعًا مكونون من "غبار النجوم".
المساعدة في قياس المسافات في الكون
في السنوات الأخيرة، أثارت دراسة المستعرات الأعظم اهتمامًا كبيرًا ليس فقط في المعركة
الباحثون عن تطور النجوم، ولكن أيضًا بين علماء الكونيات - العلماء
أولئك الذين يدرسون بنية الكون وآليات تكوينه وطرق تطوره.
والسبب في ذلك هو اكتشاف أن نوعًا معينًا من المستعرات الأعظمية يكون منتظمًا
جدًا: كمية الضوء المنبعثة من الانفجارات من هذا النوع تكاد تكون ثابتة تمامًا.
تسمى هذه الأشياء "الشموع القياسية"، ويمكن أن تساعد
لدى علماء الكون مهمة تبدو بسيطة، ولكنها في الواقع صعبة للغاية:
قياس المسافات.
عندما يراقب عالم الفلك جسمًا يحتوي على القليل جدًا من الضوء، فمن الصعب عليه تحديد ما إذا كان ذلك أم لا
وهو جسم قريب يصدر منه ضوء قليل، أو جسم ساطع يصدر أقل قدر من الضوء
وما ورد منه يرجع إلى بعده الشديد. إنه مشابه للملح
الراصد من على ظهر السفينة يومض في الظلام في ضوء خافت: يصعب عليه أن يقول
وإذا كان ضوء فانوس صغير مثبت فوق قارب صيد صغير فهو حمق
بالقرب منه، أو ضوء كشاف قوي من منارة على شاطئ بعيد.
إذا لاحظ عالم الفلك جسمًا معينًا، مثل المستعر الأعظم، فإنه ينبعث منه كمية
ضوء معروف - أي أنه "شمعة قياسية" - يمكن أن يستنتج
من كمية الضوء التي يقيس بها مسافة المصدر. عندما اكتشف
يمكن للمستعر الأعظم الذي يمثل "الشمعة القياسية" في مجرة معينة
يقيس علماء الفلك المسافة إلى هذه المجرة بدقة كبيرة. مثل هذه القياسات
جعل من الممكن رسم خريطة توزيع المجرات والنجوم في الكون، واستخلاص النتائج من ذلك
استنتاجات أساسية للغاية حول طبيعة الكون.
ما الذي يمكن تعلمه من مسافة المجرات؟ للإجابة على ذلك علينا أن نعود
إلى بداية القرن العشرين وأبحاث عالم الفلك الكبير إدوين هابل.
وكما ذكرنا، حتى هذه الفترة كان من الشائع افتراض أن الكون أبدي وغير قابل للتغيير
يتغير. اكتشف هابل أن الكون يتوسع: المجرات التي لاحظها كانت تبتعد عن بعضها البعض
من هنا إلى كل مكان. علاوة على ذلك، اكتشف هابل أنه كلما زادت المجرة التي لاحظها
أبعد، وسرعته بعيدا عنا أعلى. هذا القانون المهم
الذي يقوم عليه علم الكونيات الحديث يسمى "قانون الحداد".
ولقياس المسافات إلى المجرات التي لاحظها، استخدم هابل النجوم
تسمى "كيوبيد"، والتي تتغير شدة ضوءها بشكل دوري حول قيمة ما
متوسط معين، لذلك يمكن معايرتها على أنها "شموع قياسية". قاعة
هذه الطريقة محدودة: لا يمكن اكتشاف نجوم كيوبيد إلا في المجرات القريبة
نسبيا. وفي المجرات البعيدة، لا يمكن التعرف على النجوم
المتغيرات بين مليارات النجوم التي تحيط بها. لمواصلة
تتطلب القياسات باستخدام طريقة هابل شمعة لمسافات أكبر
معيار أكثر إشراقا - مثل المستعر الأعظم.
توسع الكون يتسارع
في السنوات الثلاث الماضية، مجموعتان دوليتان من
علماء الفلك - "مشروع المستعر الأعظم الكوني" بقيادة الدكتور شاؤول
بيرلماتر من مختبرات لورانس بيركلي في كاليفورنيا، ومجموعة منافسة يقودها
لعالم الفلك الأسترالي بريان شميدت - قياسات مبنية على
ملاحظات المستعرات الأعظمية البعيدة جدًا، والتي اكتشفوها من خلال التلسكوبات
أفضل ما لدينا اليوم. من تحليل كثافة الصنوبر في المستعرات الأعظم
أما البعيدة ومقارنتها بالمستعرات الأعظمية القريبة، فهي ممكنة، إذا افترضنا ذلك
"الشموع القياسية"، ليس فقط لتحديد ما إذا كان الكون يتوسع، ولكن أيضًا ما إذا كان يتوسع أم لا
تغير في معدل الانتشار. وحسب الباحثون ما يحتمل أن تكون عليه
سطوع المستعرات الأعظمية البعيدة إذا كان الكون يتوسع بمعدل ثابت. له
وزعم الباحثون أن توسع الكون كان أسرع في الماضي، وفي هذه الأثناء
تباطأ، بعد أن كان من المفترض أن تكون جميع المستعرات الأعظمية أقرب مما كان متوقعا،
وبالتالي المزيد من الوضوح أيضًا.
هناك سبب لتوقع مثل هذا التباطؤ: بين جميع أجزاء الكون، تعمل قوة الجاذبية،
الذي يعمل تأثيره على تقريب جميع الأجسام الموجودة في الكون من بعضها البعض. التأثير
ولذلك فإن إجمالي قوة الجاذبية ينبغي أن يعني معدل توسع الكون
سيسجل. لأن قوة الجاذبية تضعف مع تقدم الكون
ينتشر والمسافة بين جميع أجزائه تزداد، فمن المستحيل أن نقول على وجه اليقين ما إذا كان
وسيكون تأثيرها قويا بما يكفي لوقف توسع الكون تماما أو لا.
لكن على أية حال، توقع الباحثون أن يجدوا أن معدل الانتشار آخذ في التناقص
والمستعرات الأعظمية أكثر سطوعًا.
ولدهشتهم، وجدت كلتا المجموعتين، كل على حدة، المستعرات الأعظمية التي اكتشفوها
لقد كانوا أكثر شحوبًا بشكل ملحوظ مما كان يتوقعه. الاستنتاج الفوري من هنا
هو أن توسع الكون يتسارع: معدل توسع الكون اليوم أكبر من
انتشاره في الماضي. كيف يمكن تفسير هذه النتائج؟ ما الذي يسبب
لكي يتسارع الكون ضد تأثير الجاذبية؟
يزعم أعضاء كلتا المجموعتين والعديد من علماء الكونيات الآخرين أن الكون موجود بالفعل
ينتشر بمعدل متسارع، وأن في الكون مكونًا جديدًا له خصائص غريبة،
وهو المسؤول عن تسريع معدل التمدد: ويسمى هذا المكون "الطاقة".
الظلام". ويشكك علماء فلك آخرون في صحة هذه الادعاءات: فمن الممكن،
يزعمون أن المستعرات الأعظمية البعيدة تكون أكثر شحوبًا بسبب بعضها
مورين كانت محاطة بالغبار بين النجوم بيننا وبينهم، أو ربما
المستعرات الأعظم ليست "شموعًا قياسية" على الإطلاق.
