تلسكوب جيمس ويب الفضائي يكتشف مستعرًا أعظم "أملًا" قد يحل أخيرًا الجدل الرئيسي حول علم الفلك
باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي، تمكن علماء الفلك من التقاط صورة مذهلة لمستعر أعظم بعيد في مجرة تبدو وكأنها تتمدد مثل قطعة حلوى دافئة.
ولكن اللطخة الذهبية التي تخفي هذا المستعر الأعظم الذي تأثر بعدسات الجاذبية، والذي أطلق عليه لقب "المستعر الأعظم الأمل"، لا تتميز بقيمتها الجمالية فحسب. فالمستعر الأعظم الذي انفجر عندما كان عمر الكون الذي يبلغ 13.8 مليار سنة حوالي 3.5 مليار سنة، يخبرنا بشيء عن مشكلة ضخمة في علم الكونيات تسمى "توتر هابل".
إن معدل توسع الكون، الذي تم تحديده بواسطة ثابت هابل، يمكن قياسه بشكل أساسي بدءًا من الكون المحلي (وبالتالي الكون الحديث)، ثم العودة إلى الوراء في الزمن – أو يمكن حسابه بدءًا من الكون البعيد (وبالتالي الكون المبكر)، ثم الصعود إلى الأعلى. المشكلة هي أن كلتا الطريقتين تقدمان قيمًا لا تتفق مع بعضها البعض. وهنا يأتي دور تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST).
يمكن أن توفر المستعرات الأعظمية العدسية الجاذبية في الكون المبكر، التي يرصدها تلسكوب جيمس ويب، طريقة ثالثة لقياس معدل الانفجارات، مما قد يساعد في حل "مشكلة هابل".
وقالت بريندا فراي، قائدة فريق الدراسة وباحثة في جامعة أريزونا، في بيان لوكالة ناسا: "تم تسمية المستعر الأعظم بـ "المستعر الأعظم الأمل" لأنه يمنح علماء الفلك الأمل في فهم معدل التوسع المتغير في الكون بشكل أفضل".
بدأت هذه الدراسة حول المستعر الأعظم هوب عندما وجدت فراي وفريقها العلمي العالمي ثلاث نقاط ضوء غريبة في صورة التقطها تلسكوب جيمس ويب لمجموعة مكتظة بعيدة من المجرات. لم تكن هذه النقاط الضوئية في الصورة مرئية عندما التقط تلسكوب هابل الفضائي صورة لنفس المجموعة، المعروفة باسم PLCK G165.7+67.0 أو ببساطة G165، في عام 2015.
ذات صلة: قد تساعد الفيزياء الغريبة عند حواف الثقوب السوداء في حل "مشكلة هابل" المستمرة
"بدأ الأمر كله بسؤال واحد طرحه الفريق: ما هي تلك النقاط الثلاث التي لم تكن موجودة من قبل؟ هل يمكن أن تكون مستعرًا أعظم؟ "" كما قال فراي. "" وأكدت التحليلات الأولية أن هذه النقاط تتوافق مع نجم متفجر، نجم يتمتع بصفات نادرة.
تم اختيار الفضاء المحيط بـ G165 لبرنامج PEARLS لأنه يقع في منتصف "الانفجار النجمي"، وهي فترة من تكوين النجوم المكثف، وتفرخ 300 كتلة شمسية من النجوم سنويًا. ترتبط معدلات تكوين النجوم المرتفعة هذه بحالات أعلى من انفجارات المستعرات الأعظمية.
المستعر الأعظم هوب هو نوع محدد من المستعرات الأعظمية يسمى المستعر الأعظم من النوع الأول أ. تحدث هذه المستعرات الأعظمية في ثنائيات تحتوي على نجم من التسلسل الرئيسي، مثل الشمس، ونجم استنفد وقوده للاندماج النووي وأصبح قشرة ميتة، تسمى القزم الأبيض.
إذا كانت هذه الأجرام النجمية قريبة بما يكفي، فيمكن للنجم الميت أن يتصرف مثل مصاص دماء كوني، فيسحب البلازما من النجم الحي أو "المانح". ومع استمرار ذلك، تتراكم المادة حتى تؤدي إلى انفجار نووي حراري – انفجارات نراها في شكل مستعرات أعظم من النوع Ia. ونظرًا لمدى انتظام ومضات الضوء التي تصدرها، فإن هذه المستعرات العظمى تشكل أداة ممتازة يمكن لعلماء الفلك استخدامها لقياس المسافات الكونية. لذلك، يطلق علماء الفلك على المستعرات العظمى من النوع Ia اسم "الشموع القياسية".
إحدى الطرق للحصول على قيمة ثابت هابل هي النظر إلى المستعرات العظمى من النوع Ia في الكون المحلي لقياس مسافاتها عنا وعن بعضها البعض، ثم قياس مدى سرعة تراجعها. وتتضمن التقنية الرئيسية الأخرى لقياس توسع الكون أخذ ملاحظات عن الكون البعيد، ثم حساب مدى سرعة توسع الكون من خلال الاستنتاج.
ولكن مرة أخرى، لا تتفق هذه الأساليب. ومع ذلك، يمكن أن يعمل Supernova Hope كجسر بين التقنيتين.
أينشتاين يقدم يد المساعدة
تعد عدسة الجاذبية أحد التأثيرات التي تنبأت بها نظرية الجاذبية العظيمة التي وضعها ألبرت أينشتاين في عام 1915 والتي يطلق عليها "النسبية العامة".
تشير النسبية العامة إلى أن الأجسام ذات الكتلة تتسبب في انحناء الزمكان، أي التوحيد الرباعي الأبعاد للزمان والمكان، مع نشوء الجاذبية من هذا الانحناء. وكلما زادت كتلة الجسم، زاد انحناء المكان، وبالتالي زاد تأثير الجاذبية الذي يتمتع به هذا الجسم. وهذا هو ما يجعل الأقمار تدور حول الكواكب، والكواكب تدور حول النجوم، والنجوم تدور حول الثقوب السوداء الهائلة.
إن هذا التشويه للزمكان له تأثير آخر مثير للاهتمام أيضًا. فعندما يمر الضوء بجسم ذي تأثير تشوه قوي، وهو الجسم الذي سنسميه الآن "عدسة الجاذبية"، ينحني مسار الضوء حول تشوه الجسم. ويعتمد المسار الذي يسلكه الضوء على مدى اقترابه من عدسة الجاذبية.
وهذا يعني أن الضوء الصادر من نفس الجسم يمكن أن يتخذ مسارات منحنية بدرجات مختلفة وأطوال مختلفة. وبالتالي، يمكن أن يصل هذا الضوء إلى تلسكوبات مثل جيمس ويب في أوقات مختلفة. وهكذا يمكن أن يبدو الجسم الموجود في الخلفية "ملطخًا" مثل الحلوى أو يظهر في أماكن متعددة في نفس الصورة.
هذا ما يحدث للمستعر الأعظم هوب في هذه الصورة عندما يمر ضوءه عبر عدسة الجاذبية G165.
"إن العدسة الثقالية مهمة لهذه التجربة. فالعدسة، التي تتكون من مجموعة من المجرات تقع بين المستعر الأعظم وبيننا، تعمل على ثني ضوء المستعر الأعظم إلى صور متعددة"، كما يقول فراي. "وهذا يشبه الطريقة التي تعرض بها مرآة الزينة ثلاثية الطيات ثلاث صور مختلفة لشخص يجلس أمامها".
وأوضح باحث من جامعة أريزونا أن التأثير ظهر بوضوح أمام أعين الفريق في صورة G165 JWST، حيث بدت صورة المستعر الأعظم الأوسط معكوسة بالنسبة للصورتين الأخريين.
"ولتحقيق ثلاث صور، سار الضوء على ثلاثة مسارات مختلفة. وبما أن كل مسار كان له طول مختلف، وكان الضوء يسافر بنفس السرعة، فقد تم تصوير المستعر الأعظم في هذه الملاحظة التي أجراها تلسكوب جيمس ويب في ثلاثة أوقات مختلفة أثناء انفجاره"، كما تابع فراي. "في تشبيه المرآة الثلاثية، حدث تأخير زمني حيث صورت المرآة اليمنى شخصًا يرفع مشطًا، وأظهرت المرآة اليسرى شعرًا يتم تمشيطه، وعرضت المرآة الوسطى الشخص الذي يضع المشط.
"صور المستعر الأعظم الثلاثية الأبعاد خاصة. إن التأخيرات الزمنية، ومسافة المستعر الأعظم، وخصائص العدسات الجاذبية، تؤدي إلى قيمة ثابت هابل."
وتابع الفريق مستعر الأعظم "هوب" باستخدام تلسكوب جيمس ويب، فضلاً عن بعض الأدوات الموجودة على الأرض، بما في ذلك تلسكوب MMT الذي يبلغ قطره 6.5 متر على جبل هوبكنز، والتلسكوب الثنائي الكبير على جبل جراهام، وكلاهما يقع في أريزونا.
وقد دفع هذا الفريق إلى تأكيد أن المستعر الأعظم Hope مثبت في مجرة خلفية تقع خلف مجموعة العدسات G165. وكان الضوء المنبعث من الانفجار الكوني يسافر إلى الأرض لمدة 10.3 مليار سنة، مما يعني أن هذا القزم الأبيض انفجر بعد 3.5 مليار سنة فقط من الانفجار العظيم.
وقال فراي "قام عضو آخر في الفريق بإجراء قياس آخر للتأخير الزمني من خلال تحليل تطور الضوء المشتت إلى الألوان المكونة له أو "الطيف" من تلسكوب جيمس ويب، مما يؤكد طبيعة المستعر الأعظم هوب من النوع Ia. إن المستعر الأعظم هوب هو أحد أبعد المستعرات العظمى من النوع Ia التي تم رصدها حتى الآن".
قصص ذات صلة:
على الرغم من وجودها في الكون المبكر، فإن قيمة ثابت هابل التي تم الحصول عليها من خلال ملاحظات المستعر الأعظم هوب يبدو أنها تتوافق مع قياسات الشموع القياسية الأخرى في الكون المحلي، وبالتالي تتعارض مع قياسات الأجسام الأخرى في الكون المبكر.
واختتم فراي حديثه قائلاً: "إن نتائج فريقنا مؤثرة. فقيمة ثابت هابل تتطابق مع قياسات أخرى في الكون المحلي، وتتعارض إلى حد ما مع القيم التي تم الحصول عليها عندما كان الكون شاباً. وسوف تعمل ملاحظات جيمس ويب في الدورة الثالثة على تحسين عدم اليقين، مما يسمح بوضع قيود أكثر حساسية على ثابت هابل".
ويخضع البحث الذي أجراه الفريق حاليًا لمراجعة الأقران قبل النشر.