ما هي السرعة التي يتمدد بها كوننا؟
يعد ثابت هابل أحد أهم الأرقام في علم الكونيات لأنه يخبرنا بمدى سرعة تمدد الكون. توجد طرق مختلفة لقياس هذا المعدل. ومع ذلك ، فإن تحديد دقة هذا الرقم ضروري لفهم الأسئلة الأساسية بشكل أفضل مثل عمر الكون وتاريخه ومكياجه.
الدراسة الجديدة من قبل اثنين جامعة شيكاغو يقدم علماء الفيزياء الفلكية طريقة لإجراء هذا الحساب: باستخدام أزواج من الثقوب السوداء المتصادمة وبالتالي الفهم تطور الكونوما هو مصنوع منه وإلى أين يتجه.
وفقًا للعلماء ، فإن التقنية الجديدة التي يطلق عليها اسم "صفارات الإنذار الطيفية" يمكن أن تقدم معلومات حول سنوات "المراهقة" المراوغة في الكون.
من حين لآخر ، يصطدم ثقبان أسودان. هذا الحدث قوي لدرجة أنه يخلق a تموج الزمكان يسافر عبر الكون. تُعرف هذه التموجات أيضًا باسم موجات الجاذبية.
يمكن للمرصد الأمريكي لمقياس التداخل الليزري لموجات الجاذبية (LIGO) والمرصد الإيطالي العذراء أن يلتقطوا تلك التموجات هنا على الأرض. على مدى السنوات القليلة الماضية ، جمع LIGO و Virgo قراءات من حوالي 100 زوج من تتصادم الثقوب السوداء.
تحتوي الإشارة من كل تصادم على معلومات حول كم كانت الثقوب السوداء ضخمة. لكن الإشارة كانت تنتقل عبر الفضاء ، وخلال ذلك الوقت ، تمدد الكون ، مما يغير خصائص الإشارة.
قال عالم الفيزياء الفلكية في جامعة شيكاغو ، دانيال هولز ، أحد المؤلفين الموجودين على الورقة ، "على سبيل المثال ، إذا التقطت ثقبًا أسود ووضعته في وقت مبكر من الكون ، فستتغير الإشارة ، وستبدو وكأنها ثقب أسود أكبر مما هي عليه."
يمكن أن يساعد تحديد طريقة لتقدير كيفية تغير هذه الإشارة العلماء في حساب معدل توسع الكون. ومع ذلك ، فإن المشكلة تكمن في المعايرة: كيف يعرفون مدى تغيرها عن الأصل؟
في هذه الدراسة الجديدة ، يقترح العلماء أنه يمكنهم استخدام المعرفة الجديدة حول مجموعة الثقوب السوداء بأكملها كأداة معايرة. على سبيل المثال ، تشير الأدلة الحالية إلى أن معظم الثقوب السوداء المكتشفة لديها ما بين خمسة إلى 40 ضعف كتلة شمسنا.
قال المؤلف الأول خوسيه ماريا إيزكوياغا ، زميل ما بعد الدكتوراه في ناسا وأينشتاين وزميل معهد كافلي للفيزياء الكونية الذي يعمل مع هولز في جامعة شيكاغو ، "لذلك نقيس كتل الثقوب السوداء القريبة ونفهم ملامحها ، ثم ننظر بعيدًا ونرى إلى أي مدى يبدو أن تلك الثقوب الأخرى قد تحولت. وهذا يمنحك مقياسًا لتوسع الكون ".
العلماء متحمسون لأنه في المستقبل ، مع توسع قدرات LIGO ، قد توفر الطريقة نافذة فريدة على سنوات "المراهقة" في الكون - منذ حوالي 10 مليارات سنة - التي يصعب دراستها باستخدام طرق أخرى.
لاحظ المؤلفون ، الميزة الأخرى لهذه الطريقة هي أن الفجوات في معرفتنا العلمية تخلق قدرًا أقل من عدم اليقين. يمكن للطريقة معايرة نفسها باستخدام كامل سكان الثقوب السوداء، تحديد الأخطاء وتصحيحها بشكل مباشر. تعتمد الطرق الأخرى المستخدمة لحساب ثابت هابل على فهمنا الحالي لفيزياء النجوم والمجرات ، والذي يتضمن الكثير من الفيزياء والفيزياء الفلكية المعقدة. هذا يعني أنه قد يتم التخلص من القياسات قليلاً إذا كان هناك شيء لا نعرفه بعد ".
"على النقيض من ذلك ، تعتمد طريقة الثقب الأسود الجديدة هذه تقريبًا بشكل محض نظرية الجاذبية لأينشتاين، والتي تمت دراستها جيدًا ووقفت ضد جميع الطرق التي حاول العلماء اختبارها حتى الآن ".
خشب محمد, "كلما حصلت على المزيد من القراءات من جميع الثقوب السوداء ، ستكون هذه المعايرة أكثر دقة. نحن بحاجة إلى الآلاف من هذه الإشارات ، وهو ما يجب أن نحصل عليه في غضون بضع سنوات ، وحتى أكثر في العقد أو العقدين المقبلين. في تلك المرحلة ، ستكون طريقة قوية بشكل لا يصدق للتعرف على الكون ".
المرجع مجلة:
- خوسيه ماريا إيزكياغا ودانييل إي هولز. صفارات الإنذار الطيفية: علم الكونيات من التوزيع الشامل الشامل للثنائيات المدمجة. فيز. القس ليت. 129 ، 061102 - تم النشر في 3 أغسطس 2022. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.129.061102
