دراسات جديدة تدعم نظرية الانفجار العظيم

من طرف جبلي قح الأحد ديسمبر 01, 2013 6:04 pm

مستخدمين أقوى التليسكوبات على وجه الأرض، أكتشف فريق دوليّ من العلماء أنّ اللحظات الأولى ما بعد الإنفجار العظيم حدثت بالضّبط مثلما توقعته النّظريّة، وبذلك مستبعدين تعارضًا عظيمًا كان قد أربك علماء الفيزياء لعقدين من الزمن. البحث ونتائجه المُبهرة نُشرَت في المجلّة العالمية لعلوم الفلك والفيزياء الفلكية (Astronomy & Astrophysics) في السادس من يونيو- حزيران.

إنّ إحدى أهم الإشكاليّات التي كانت تواجه الفيزياء و علم الفلك هي التناقض بين نظائر الليثيوم التي تمّ ملاحظتها في النجوم القديمة في مجرتنا. فقد أظهرت تلك النجوم القديمة أنّ نسب الليثيوم-6 (Li-6) كانت أكثر بحواليّ 200 مرّة ممّا توقّعته التّفاعلات الإنصهاريّة التي أحدثها الإنفجار العظيم. كما أنّها أظهرت أنّ نسب الليثيوم-7 (Li-7) كانت أقلّ بـ 3 إلى 5 مرّات عن النّسب التي تتوقّعها النّظريّة. هذه المشكلة الجدية في فهمنا للّحظات الأولى والمبكّرة من وجود الكون أدّت إلى لجوء العلماء المهتمّين بالتّوفيق بين تلك الفروق إلى فيزياء غريبة وبحوث غير مثمرة عن مصادر تفسّر ظهور اللّيثيوم قبل تشكّل المجرّات.

الفريق العالمي، بقيادة كارن ليند (Karin Lind) من جامعة كامبريدج في بريطانيا، أثبت أنّ الإعتقاد القديم الذي ساد لعقود اعتمد على مشاهدات رديئة الجودة، كما أنّ تحليلها اشتمل عدة تبسيطات نتجت بإشعارات غير صحيحة لنظائر الليثيوم.

بالإعتماد على مشاهدات لنجوم قديمة بإستخدام التّيليسكوب ذو العشرة أمتار والذي يقبع في المرصد الفلكي (W. M. Keck)، بالإضافة إلى نماذج حديثة عن الغلاف الجوّي لهذه النّجوم، أظهر الفريق أنه لا تعارض بين محتويات الليثيوم-6 والليثيوم-7 وتوقعات الإنصهارات النوّوية التي تبعت الإنفجار العظيم، مستعيدين بذلك الترتيب المنطقي لنظريّتنا عن الفترة المبكّرة من الكون.

إنّ اكتشاف توسّع الكون من قبل إدوين هابل في عشرينيات القرن الماضي وما تبع ذلك من مشاهدات تقترح أنّ الكون بدأ قبل حواليّ 13.8 بليون سنة في حدث يُسمى بالإنفجار العظيم. المشاهدات الجوهرية التى أكّدت نظرية الإنفجار العظيم كانت إشعاع الخلفيّة الميكروني الكوني والتركيزات الكيميائية للعناصر الخفيفة التي وصفتها نظريّة التفاعلات الإنصهاريّة للإنفجار العظيم.

"كانت توقعات نظريّة التفاعلات الإنصهارية للإنفجار العظيم أحد الأسباب وراء نجاح نموذج الإنفجار العظيم", يقول الباحث الرّئيس ليند. "اكتشافنا يزيل تماما التوتر الناتج [عن الإختلاف بين تركيزات] الليثيوم-6 والليثيوم-7 في النجوم وبين توقعات التفاعلات الانصهارية للإنفجار العظيم، حتى انه يفتح الباب لتسوية كاملة للاختلافات. هذا يزيد من قوّة النّموذج الذي يعتمد أكثر على أسس إشعاع الخلفيّة الميكروني الكوني وتوسّع الكون."

أخذ قياسات دقيقة لنسب الليثيوم-6 والليثيوم-7 في النجوم القديمة هي عملية في غاية الصعوبة، من جانبها النّظري وحتى من جانبها الرّصدي. هذه الصّعوبة تظهر بالتّحديد في حالة العنصر ليثيوم-6، لأنّه من أقلّ نظائر الليثيوم وفرة، ولذلك فإنّ إشاراته ضعيفة جدا. السّبيل الوحيد للحصول على المعلومات المطلوبة هو أن نستخدم أكبر تيليسكوب على سطح الأرض، مثل مرصد (Keck) الذي يقبع على قمّة Mauna Kea في هاواي. هذا التّيليسكوب مزوّد بمنظار طيفيّ عالي الدقة و الذي يسمى (HIRES)، وهذا المنظار يساعد في فصل الضّوء النّجمي لألوانه الأساسيّة ولميّزات امتصاصه المختلفة (absorption features).

“في العام 2004, تم تزويد المنظار (HIRES) بـ CCDs جديدة تتمتّع بعددٍ أكبر من الخلايا البكسليّة الصّغيرة، وبذلك تمنحه القدرة لرؤية أصغر التفاصيل في الطيف الضّوئي" يخبرنا هورهي ميلينديز من جامعة ساو باولو. " نحن بحاجة إلى الدقة العالية التي يوفرها المنظار لدراسة خط الطيف بتفاصيل دقيقة ولتقدير نسبة الليثيوم-6. القدرة الهائلة في تجميع الضوء لمنظار مرصد (Keck) تسمح لنا بمراقبة النجوم بتكوينها الأصلي أكثر من أي أداة أخرى".

ولكن حتى التيليسكوب الضّخم في مرصد (Keck) يستوجب مراقبة النجم لعدة ساعات لجمع الكميّة المناسبة من الفوتونات لرصد مفصل. تحليل مثل تلك المعلومات هو أمرٌ ليس باليسير أيضًا, فعمليات مختلفة في أجواء النجوم التي تحتوي على نسبة قليلة من المعدن قد تحاكي وجود عنصر الليثيوم-6. يجب تحليل مثل تلك البيانات بإستخدام نماذج لأجواء معقدة قام الفريق بإنشائها فى نماذج ثلاثية الأبعاد و أجرى عليها حسابات رياضية معقدة لأسابيع على أجهزة حاسوب خارقة.

"لقد قمنا بتخفيف افتراضين فزيائيين مهمّين في دراسة الأجواء النّجمية; [الأوّل هو] التّوازن هيدروستاتيكي ذو البعد واحد و[الثّاني هو] التوازن الحراري المحلي" يُضيف ليند. "بإستخدام فيزياء أكثر تعقيدا و حواسيب خارقة ذات تقنيات عالية، تمكّنّا من إزالة التحيزات المنهجيّة التي تظهر في النّماذج التقليدية و التى أدّت مسبقًا لتحديدات خاطئة لإشارات النظائر ليثيوم-6 و ليثيوم-7".

إنّ تضافر الجهود بين منظار مرصد (Keck) ذو التقنية العالية والنماذح النظرية المفصلة حلّت مشاكل كونية أحاطت علماء فيزياء الجسيمات و علماء الفيزياء الفلكية خلال العقدين الماضيين.

"فهمنا لولادة كوننا [هي نقطة] في غاية الأهمية لفهمنا للتشكّل اللاّحق لجميع مكوناته، بما فيها نحن" يقول ليند. "نموذج الإنفجار العظيم يضع شروط أولية لتشكّل البنية و يشرح وجودنا في كون يتوسّع وتهيمن عليه الطاقة و المادة المظلمة".

المصدر: http://phys.org/news/2013-06-international-team-big-theory.html