ضائع في الفضاء: هل الفراغ الشاسع يقسم الكون؟

أثار "توتر الحداد" في علم الكونيات مؤخرًا تساؤلات حول النموذج الكوني القياسي

أحد أكبر الألغاز في علم الكونيات هو معدل تمدد الكون. ويمكن التنبؤ بها باستخدام النموذج القياسي لعلم الكونيات، الذي يسمى المادة المظلمة الباردة (ΛCDM). يعتمد هذا النموذج على ملاحظات تفصيلية للضوء المتبقي من الانفجار الكبير، أو ما يسمى بإشعاع الخلفية الكونية (CMB).

يؤدي توسع الكون إلى ابتعاد المجرات عن بعضها البعض. كلما كانوا بعيدين عنا، كلما تحركوا بشكل أسرع. يتم تحديد العلاقة بين سرعة المجرة وبعدها عن طريق "ثابت هابل"، وهو حوالي 70 كيلومترًا في الثانية لكل ميجافارسيك (وحدة قياس في علم الفلك)، وهذا يعني أن المجرة تضيف حوالي 80,000 ألف كيلومتر في الساعة لكل مليون سنوات ضوئية تبعد عنا.

لكن لسوء الحظ بالنسبة للنموذج القياسي، فقد نشأ مؤخرًا جدل حول هذه القيمة، مما تسبب في ما يسميه العلماء "الضغط الحزين". عندما نقيس معدل التوسع باستخدام المجرات والمستعرات الأعظمية القريبة، فهو أكبر بنسبة 10% من التنبؤ المعتمد على CMB.

يقدم المقال الجديد تفسيرًا محتملاً: نحن نعيش في فراغ ضخم في الفضاء (مساحة ذات كثافة أقل من المتوسط). يوضح المؤلفون أن هذا يمكن أن يؤدي إلى تضخيم القياسات المحلية من خلال تدفقات المواد من الفراغ. سوف تظهر مثل هذه التدفقات عندما تمزقه المناطق الأكثر كثافة المحيطة بالفراغ، حيث تمارس قوة جذب أكبر من المواد الأقل كثافة داخل الفراغ.

في هذا السيناريو، يجب أن نكون قريبين من مركز الفراغ الذي يبلغ نصف قطره حوالي مليار سنة ضوئية وكثافته أقل بحوالي 20٪ من متوسط ​​الكون ككل - أي ليس فارغًا تمامًا.

لا يمكن التنبؤ بمثل هذا الفراغ الكبير والعميق في النموذج القياسي، وبالتالي فهو مختلف في القسم. يعطي CMB لمحة سريعة عن بنية الكون الوليد، والتي يظهر منها أن المادة اليوم يجب أن تكون موزعة بشكل موحد إلى حد ما. لكن العد المباشر لعدد المجرات في المناطق المختلفة يظهر أننا فارغون محليا.

أراد الباحثون مواصلة استكشاف هذه الفكرة من خلال ملاءمة العديد من الملاحظات الكونية المختلفة مع افتراض أننا نعيش في فراغ كبير تطور من تقلبات كثافة صغيرة في الأيام الأولى.

للقيام بذلك، لم يتضمن نموذجهم ΛCDM ولكن نظرية بديلة تسمى ديناميكيات نيوتن المعدلة (MOND).

تم اقتراح MOND في الأصل لتفسير الحالات الشاذة في سرعة دوران المجرات، وهذا ما أدى إلى فكرة وجود مادة غير مرئية تسمى "المادة المظلمة". يقترح MOND بدلًا من ذلك أن هذه الحالات الشاذة يمكن تفسيرها من خلال قانون نيوتن للجاذبية الذي ينهار عندما تكون قوة الجاذبية ضعيفة جدًا - كما يحدث في المناطق الخارجية للمجرات.

سيكون التاريخ الإجمالي لتوسع الكون في MOND مشابهًا للنموذج القياسي، لكن البنية (مثل مجموعات المجرات) ستتطور بشكل أسرع في MOND. يلتقط النموذج الجديد الشكل الذي قد يبدو عليه الكون المحلي في عالم MOND، ووُجد أنه يسمح بتقلب القياسات المحلية لمعدل التوسع اليوم والذي يعتمد على موقعنا.

أتاحت الملاحظات الأخيرة للمجرات إجراء فحص نقدي جديد للنموذج المقترح استنادًا إلى السرعة التي يتنبأ بها في مواقع مختلفة. يمكن القيام بذلك عن طريق قياس ما يسمى بالتدفق الحجمي، وهو متوسط ​​سرعة المادة في كرة معينة، سواء كانت كثيفة أم لا. ويختلف باختلاف نصف قطر الكرة، وتظهر الملاحظات الحديثة أنه يستمر حتى مليار سنة ضوئية.

ومن المثير للاهتمام أن التدفق الحجمي للمجرات بهذا الحجم يبلغ أربعة أضعاف السرعة التي تنبأ بها النموذج القياسي. ويبدو أيضاً أنها تتزايد مع حجم المنطقة المدروسة، على عكس ما يتوقعه النموذج القياسي. احتمال ملاءمة النموذج القياسي أقل من واحد في المليون.

دفع هذا الباحثين إلى التحقق مما تتنبأ به دراستهم بشأن التدفق الحجمي، وتم العثور على تطابق جيد إلى حد ما مع الملاحظات. وهذا يتطلب أن نكون قريبين إلى حد ما من مركز الفراغ، وأن يكون الفراغ هو الأكثر فراغا في المركز.

تأتي هذه النتائج في وقت تواجه فيه حلول الضغط الشائعة مشكلة. يعتقد البعض أننا نحتاج ببساطة إلى قياسات أكثر دقة. ويرى آخرون أن الأمر يمكن حله إذا افترضنا أن معدل الانتشار المرتفع الذي نقيسه محليا هو في الواقع المعدل الصحيح. لكن هذا يتطلب تعديلًا طفيفًا في تاريخ توسع الكون المبكر بحيث تظل CMB تبدو جيدة.

للمادة العلمية

المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:

• قد يكون "الكون المرآتي" الموازي غير المرئي هو سبب الخلاف حول ثابت هابل
• "اكتشاف الحائزين على جائزة نوبل هو أهم اكتشاف في علم الكونيات في العقود الأخيرة"
• مكتشفا أول كوكب خارج المجموعة الشمسية ومفتاح النظرية الكونية حصلا على جائزة نوبل في الفيزياء بشكل مشترك
• "قاد جيم بيبلز الحائز على جائزة نوبل الأبحاث النظرية في علم الكونيات لعقود من الزمن"
• طرقية ولكن قصيرة: مراجعة كتاب حول "الخطة الرئيسية"