إن اسم "الطاقة المظلمة" هو مجرد عنصر نائب للقوة - مهما كانت - التي تتسبب في تمدد الكون. أدت الملاحظات الجديدة للعديد من النجوم المتغيرة Cepheid بواسطة تلسكوب هابل الفضائي إلى تحسين قياس معدل التمدد الحالي للكون إلى دقة حيث يكون الخطأ أصغر من خمسة بالمائة. القيمة الجديدة لمعدل التوسع ، والمعروفة باسم ثابت هابل ، أو H0 (بعد إدوين هابل الذي قام بقياس تمدد الكون لأول مرة منذ ما يقرب من قرن) ، هي 74.2 كيلومتر في الثانية لكل ميجابيكسل (هامش الخطأ 3.6 ±). تتفق النتائج بشكل وثيق مع قياس سابق تم الحصول عليه من هابل 72 ± 8 كم / ثانية / ميجابارسيك ، ولكن الآن أكثر من ضعف الدقة.
يستخدم قياس هابل ، الذي أجراه فريق SHOES (Supernova H0 لمعادلة الدولة) بقيادة آدم ريس ، من معهد علوم تلسكوب الفضاء وجامعة جونز هوبكنز ، عددًا من التحسينات لتبسيط وتقوية بناء الكون "سلم المسافة" ، الذي يبلغ طوله مليار سنة ضوئية ، والذي يستخدمه الفلكيون لتحديد معدل تمدد الكون.
إن رصدات هابل لمتغيرات Cepheid النابضة في علامة ميل كونية قريبة ، المجرة NGC 4258 ، وفي المجرات المضيفة للمستعرات الأعظمية الحديثة ، تربط مباشرة بين مؤشرات المسافة هذه. أدى استخدام هابل لسد هذه الدرجات في السلم إلى القضاء على الأخطاء المنهجية التي لا يمكن تجنبها تقريبًا من خلال مقارنة القياسات من التلسكوبات المختلفة.
يشرح ريس التقنية الجديدة: "إنها تشبه قياس مبنى بقياس شريط طويل بدلاً من تحريك عصا الفناء في النهاية. أنت تتجنب مضاعفة الأخطاء الصغيرة التي ترتكبها في كل مرة تحرك فيها المقياس. كلما ارتفع المبنى ، زاد الخطأ ".
قال لوكاس ماكري ، أستاذ الفيزياء وعلم الفلك في Texas A&M ، ومساهم كبير في النتائج ، "إن السيفيد هم العمود الفقري لسلم المسافة لأن فترات نبضهم ، التي يمكن ملاحظتها بسهولة ، ترتبط مباشرة بتألقها. ومن التحسينات الأخرى في سلمنا حقيقة أننا لاحظنا السيفيدات في الأجزاء القريبة من الأشعة تحت الحمراء من الطيف الكهرومغناطيسي حيث تكون هذه النجوم المتغيرة مؤشرات مسافة أفضل من الأطوال الموجية البصرية. "
تم استخدام هذه القيمة الجديدة الأكثر دقة لثابت هابل لاختبار وتقييد خصائص الطاقة المظلمة ، وهي شكل الطاقة التي تنتج قوة تنافر في الفضاء ، مما يتسبب في تسارع معدل تمدد الكون.
من خلال وضع تاريخ التمدد للكون بين اليوم ومتى كان عمر الكون حوالي 380.000 عام فقط ، تمكن الفلكيون من وضع حدود لطبيعة الطاقة المظلمة التي تتسبب في تسارع التوسع. (قياس البعد المبكر للكون المبكر مشتق من التقلبات في الخلفية الكونية للميكروويف ، كما تم حلها بواسطة مسبار ويلكينسون للميكروويف المتغاير ، ناسا ، WMAP ، في عام 2003.)
تتسق نتيجتها مع أبسط تفسير للطاقة المظلمة: أنها تعادل رياضيًا ثابت ألبرت آينشتاين المفترض الكوني ، الذي تم تقديمه منذ قرن لدفع نسيج الفضاء ومنع الكون من الانهيار تحت قوة الجاذبية. (ومع ذلك ، أزال آينشتاين الثابت بمجرد اكتشاف إدوين هابل تمدد الكون).
يقول ريس: "إذا وضعت في صندوق كل الطرق التي قد تختلف بها الطاقة المظلمة عن الثابت الكوني ، فإن هذا الصندوق سيكون الآن أصغر بثلاث مرات". "هذا تقدم ، ولكن لا يزال أمامنا طريق طويل لنقطعه لتحديد طبيعة الطاقة المظلمة."
على الرغم من أن الثابت الكوني قد تم تصوره منذ فترة طويلة ، إلا أن الأدلة الرصدية للطاقة المظلمة لم تظهر حتى قبل 11 عامًا ، عندما أجريت دراستان ، واحدة بقيادة ريس وبريان شميدت من مرصد ماونت ستروملو ، والأخرى بواسطة شاول بيرلماتر من لورنس بيركلي اكتشف المختبر الوطني الطاقة المظلمة بشكل مستقل ، جزئياً مع رصدات هابل. منذ ذلك الحين ، كان الفلكيون يتابعون ملاحظات لتوصيف الطاقة المظلمة بشكل أفضل.
نهج ريس لتضييق التفسيرات البديلة للطاقة المظلمة - سواء كان ثابتًا كونيًا ثابتًا أو مجالًا ديناميكيًا (مثل القوة البغيضة التي دفعت التضخم بعد الانفجار الكبير) - هو تحسين صقل قياسات تاريخ توسع الكون.
قبل إطلاق هابل في عام 1990 ، اختلفت تقديرات ثابت هابل بعامل اثنين. في أواخر التسعينيات ، قام مشروع مفتاح تلسكوب هابل الفضائي على مقياس المسافة خارج المجرى بتحسين قيمة ثابت هابل إلى خطأ يبلغ حوالي عشرة بالمائة فقط. تم تحقيق ذلك من خلال مراقبة متغيرات Cepheid في الأطوال الموجية البصرية لمسافات أكبر من التي تم الحصول عليها سابقًا ومقارنة تلك بالقياسات المماثلة من التلسكوبات الأرضية.
استخدم فريق SHOES كاميرا Hubble القريبة بالأشعة تحت الحمراء ومقياس الطيف متعدد الأغراض (NICMOS) والكاميرا المتقدمة للمسوحات (ACS) لمراقبة 240 نجمة متغيرة Cepheid عبر سبع مجرات. إحدى هذه المجرات كانت NGC 4258 ، التي تم تحديد مسافتها بدقة شديدة من خلال الملاحظات باستخدام التلسكوبات الراديوية. استضافت المجرات الست الأخرى مؤخرًا مستعرات أعظمية من النوع Ia وهي مؤشرات مسافة موثوقة حتى لقياسات أبعد في الكون. تنفجر جميع أنواع المستعرات الأعظمية من النوع Ia بنفس المقدار من الطاقة تقريبًا وبالتالي لديها نفس السطوع الداخلي تقريبًا.
من خلال مراقبة Cepheids بخصائص متشابهة جدًا عند أطوال موجية قريبة من الأشعة تحت الحمراء في جميع المجرات السبع ، وباستخدام نفس التلسكوب والأداة ، تمكن الفريق من معايرة لمعان أكثر لمعانًا بدقة أكبر. بفضل قدرات هابل القوية ، تمكن الفريق من تجاوز بعض الدرجات المهتزة على طول سلم المسافة السابقة الذي ينطوي على عدم اليقين في سلوك السيفيد.
يرغب ريس في نهاية المطاف في رؤية ثابت هابل مصقولًا بقيمة لا تزيد عن واحد في المئة ، لوضع قيود أكثر صرامة على حلول الطاقة المظلمة.
المصدر: معهد علوم تلسكوب الفضاء
