يرى علماء الفلك المجرات القديمة تومض في حركة بطيئة بسبب اتساع الفضاء

وفقًا لأفضل فهم لدينا للفيزياء ، يجب أن تؤثر حقيقة توسع الفضاء على التدفق الظاهري للوقت ، حيث يبدو أن الكون البعيد يعمل بحركة بطيئة.

لكن ملاحظات المجرات شديدة الإضاءة والمتغيرة ، والمعروفة باسم الكوازارات ، فشلت في الكشف عن هذا التمدد الكوني للوقت – حتى الآن.

في دراسة جديدة نُشرت في مجلة Nature Astronomy ، استخدمنا عقدين من المراقبة لفك التشابك الخفقان المعقد لما يقرب من 200 كوازار. مدفون داخل هذا الخفقان هو بصمة توسع الفضاء ، حيث يبدو أن الكون كان أبطأ بخمس مرات عندما كان عمره مليار سنة فقط.

يوضح هذا أن النجوم الزائفة تخضع لقواعد الكون ، مما يضع فكرة أنها تمثل تحديًا لعلم الكونيات الحديث.

الوقت هو شيء مضحك

في عام 1905 ، أخبرنا ألبرت أينشتاين ، من خلال نظريته النسبية الخاصة ، أن سرعة دقات الساعة نسبية ، وتعتمد على كيفية تحرك الساعات. في نظريته العامة لعام 1915 ، أخبرنا أن الجاذبية أيضًا يمكن أن تؤثر على المعدلات النسبية لدقّات الساعة.

بحلول الثلاثينيات من القرن الماضي ، أدرك الفيزيائيون أن الفضاء المتوسع للكون ، والذي تم وصفه بلغة النسبية العامة لأينشتاين ، يؤثر أيضًا على عالم القراد والتوك.

اقرأ المزيد: الجدول الزمني: تاريخ الجاذبية

نظرًا لسرعة الضوء المحدودة ، عندما ننظر من خلال التلسكوبات لدينا ، فإننا نتطلع إلى الماضي. كلما نظرنا أبعد ، كلما ظهرنا في حياة الكون التي نراها. لكن في كوننا الآخذ في الاتساع ، كلما نظرنا إلى الوراء ، زاد تمدد الفضاء الزمني ، وزادت الطبيعة النسبية لدقّات الساعة.

تنبؤ رياضيات أينشتاين واضح: يجب أن نرى الكون البعيد يلعب في حركة بطيئة.

ساعة Tick-tock supernova

من الصعب قياس هذا الكون بطيء الحركة ، لأن الطبيعة لا توفر ساعات قياسية عبر الكون يمكن مقارنة علاماتها النسبية.

استغرق الأمر حتى التسعينيات حتى اكتشف علماء الفلك وفهم علامة الساعات المناسبة: نوع معين من النجوم المتفجرة ، مستعر أعظم. كان كل انفجار سوبرنوفا متشابهًا بشكل مدهش ، حيث كان يتوهج بسرعة ثم يتلاشى خلال أسابيع.

المستعرات الأعظمية متشابهة ولكنها ليست متطابقة ، مما يعني أن معدل سطوعها وتلاشيها لم يكن ساعة قياسية. لكن بحلول نهاية القرن العشرين ، كان علماء الفلك يلقون نظرة أخرى على هذه النجوم المتفجرة ، مستخدمين إياها لرسم خريطة لتوسع الكون. (اتضح أن هذا التوسع متسارع ، مما أدى إلى اكتشاف غير متوقع للطاقة المظلمة).

اقرأ المزيد: من الجاذبية المظلمة إلى الطاقة الوهمية: ما الذي يدفع تمدد الكون؟

لتحقيق هذا الهدف ، كان على علماء الفلك تحديد خصائص كل مستعر أعظم ، ووضعها على قدم المساواة ، ومطابقتها مع سطوع جوهري قياسي وساعة قياسية.

ووجدوا أن وميض المستعرات الأعظمية البعيدة قد امتد بدقة تماشيًا مع تنبؤات أينشتاين. انفجرت المستعرات الأعظمية الأبعد بعدًا ، والتي انفجرت عندما كان الكون نصف عمره الحالي ، سطعًا وتلاشى ببطء مرتين مثل المستعرات الأعظمية الحديثة.

مشكلة الكوازارات

المستعرات الأعظمية ليست الكائنات الوحيدة المتغيرة في الكون.

تم اكتشاف النجوم الزائفة في الستينيات ، ويُعتقد أنها ثقوب سوداء فائقة الكتلة ، بعضها أكبر بمليارات المرات من كتلة الشمس ، تتربص في قلوب المجرات. تدور المادة حول هذه الثقوب السوداء في رحلتها إلى النسيان في الداخل ، وتسخن وتتوهج بشكل ساطع أثناء قيامها بذلك.

النجوم الزائفة لامعة للغاية ، بعضها يحترق بشدة عندما كان الكون رضيعًا. الكوازارات متغيرة أيضًا ، وتتنوع في لمعانها حيث تنهار المادة بشكل مضطرب في طريقها إلى التدمير.

نظرًا لأن النجوم الزائفة شديدة السطوع ، يمكننا رؤيتها على مسافات أكبر بكثير من المستعرات الأعظمية. لذلك يجب أن يكون تأثير تمدد المكان والزمان أكثر وضوحًا.

ومع ذلك ، فإن عمليات البحث عن الإشارة المتوقعة أصبحت فارغة. من المؤكد أن عينات من مئات الكوازارات التي لوحظت على مدى عقود متنوعة ، ولكن يبدو أن الاختلافات بين تلك القريبة والبعيدة كانت متطابقة.

اقترح البعض أن هذا أوضح أن تنوع الكوازارات ليس جوهريًا ولكنه يرجع إلى الثقوب السوداء المنتشرة في الكون ، مما يضخم بعض الكوازارات بفعل الجاذبية. والأمر الأكثر غرابة هو أن آخرين زعموا أن الافتقار إلى الإشارة الكونية المتوقعة هو علامة واضحة على أن علم الكونيات لدينا خاطئ تمامًا ونحتاج إلى العودة إلى لوحة الرسم.

بيانات جديدة ، مناهج جديدة

في عام 2023 ، تم نشر مجموعة جديدة من بيانات الكوازار. قدم هذا 190 كوازارًا تم تحديدها في الأصل في مسح سلون الرقمي للسماء الناجح للغاية ولكن تمت ملاحظتها على مدى عقدين من الزمن بألوان متعددة – الضوء الأخضر والأحمر والأشعة تحت الحمراء.

كانت عينات البيانات مختلطة ، مع الكثير من الملاحظات في بعض الأوقات ، وأقل من غيرها. لكن ثروة هذه البيانات تعني أن علماء الفلك ، بقيادة طالب الدراسات العليا زاكاري ستون في جامعة إلينوي ، يمكن أن يميزوا إحصائيًا تنوع كل كوازار على أنه ما يُعرف باسم “السير العشوائي المخمد”. خصص هذا التوصيف مقياسًا زمنيًا ، علامة ، لكل كوازار.

مثل كل مستعر أعظم ، يختلف كل كوازار ، ويمكن أن يعتمد التباين الملحوظ على خصائصه الجوهرية. ولكن مع هذه البيانات الجديدة ، يمكننا مطابقة النجوم الزائفة المتشابهة مع بعضها البعض ، وإزالة تأثير هذه الاختلافات. كما حدث مع المستعرات الأعظمية من قبل ، قمنا بتوحيد تيك توك للكوازارات.

كان التأثير الوحيد المتبقي على التباين الملحوظ للكوازارات هو توسع الفضاء ، وقد كشفنا بشكل لا لبس فيه عن هذا التوقيع. أطاعت النجوم الزائفة لقواعد الكون تمامًا كما تنبأت نظرية أينشتاين.

لكن بسبب سطوعها ، يمكن رؤية تأثير هذا التمدد الكوني للوقت أكثر من ذلك بكثير. كانت أبعد الكوازارات ، التي شوهدت عندما كان الكون لا يتجاوز عُشر عمره الحالي ، تدق بوقت أبطأ بخمس مرات مما هو عليه اليوم.

في جوهرها ، هذه قصة حول كيف عاد أينشتاين إلى حق مرة أخرى ، وكيف أن وصفه الرياضي للكون هو أفضل ما لدينا. إنه يهدئ أفكار بحر من الثقوب السوداء الكونية ، أو أننا نسكن حقًا كونًا ثابتًا غير متغير. وهذه هي بالضبط الطريقة التي يتقدم بها العلم.