يُظهر السراب الكوني انفجار النجم خمس مرات ويساعد في قياس سرعة الكون

لقد وفر انفجار نجمي بعيد للتو أداة جديدة للعلماء لفهم معدل النمو الحقيقي للكون. وظهر المستعر الأعظم المسمى SN Winny متضاعفا في سماء الليل، كاشفا عن خمس صور متميزة لنفس الحدث الفلكي بفضل تأثير بصري شديد. تعمل هذه الظاهرة النادرة كمختبر طبيعي ذي أبعاد هائلة. يستخدم الباحثون الآن هذا الشذوذ البصري لمحاولة حل واحدة من أكبر المآزق في الفيزياء النظرية المعاصرة. يعد هذا الاكتشاف بإعادة كتابة أدلة علم الكونيات.

يقع هذا النجم المحتضر على بعد 10 مليارات سنة ضوئية من الأرض، وقد تشوه ضوءه بشدة قبل أن يصل إلى مرايا التلسكوبات الأرضية. تقود فرق من جامعة ميونيخ التقنية (TUM) وجامعة لودفيغ ماكسيميليان (LMU) التحليل المعقد للبيانات المجمعة. الهدف الرئيسي هو قياس زمن التأخير الدقيق بين ظهور كل من انعكاسات الضوء الخمسة. يحمل هذا الاختلاف الزمني المفتاح لتحديد ثابت هابل بدقة غير مسبوقة. يتضمن الجهد المشترك عشرات الخبراء الذين يركزون على فك رموز اللغز.

تخلق عدسة الجاذبية الوهم البصري على نطاق هائل

ولا يمثل الظهور المتعدد لـ SN Winny خطأً في أدوات المراقبة، بل هو نتيجة مباشرة لقوانين النسبية العامة التي صاغها ألبرت أينشتاين في بداية القرن الماضي. بين الأرض والنجم المنفجر، هناك مجرة ​​ضخمة تعمل بمثابة عدسة مكبرة كونية هائلة. إن قوة الجاذبية لهذا الجسم الوسيط شديدة جدًا بحيث يمكنها ثني نسيج الزمكان حوله. وبالتالي، فإن الفوتونات المنبعثة من المستعر الأعظم تنتقل عبر مسارات مختلفة، متجاوزة العائق المجري عبر عدة مسارات ملتوية. يطيع الضوء انحناء الفضاء.

وبما أن كل مسار له طول فريد ويواجه مستويات مختلفة من كثافة الجاذبية، فإن الضوء يصل إلى كوكبنا في أوقات مختلفة. لاحظ علماء الفلك أول ظهور للوميض، وبعد ذلك بوقت قصير، سجلوا ظهور الهزات الارتدادية في نقاط مختلفة قليلاً في نفس المنطقة المكانية. تتطلب المحاذاة الهندسية اللازمة لحدوث هذا التأثير إتقانًا غير عادي بين الراصد والعدسة ومصدر الضوء. إنه حدث صدفة يحول المجرة الوسيطة إلى تلسكوب طبيعي أقوى بكثير من أي معدات صنعتها البشرية حتى الآن.

التأخير في وصول الضوء يسمح لنا بحساب إيقاع الكون

أهمية SN Winny تتجاوز بكثير جمالها البصري أو مجرد فضول الظاهرة المضاعفة. يواجه العلماء حاليا معضلة عميقة تعرف باسم توتر هابل، حيث تشير طرق القياس المختلفة إلى نتائج متباينة بشدة لسرعة توسع الكون. تقوم بعض التقنيات بتحليل الخلفية الكونية الميكروية التي خلفها الانفجار الكبير، بينما تنظر تقنيات أخرى إلى النجوم النابضة في المجرات المجاورة. الأرقام لا تضيف ما يصل. يقدم الاكتشاف الجديد طريقًا بديلًا ومستقلًا تمامًا لحل هذا التناقض الرياضي الذي يطارد الباحثين.

لفهم كيفية عمل القياس عمليًا، يقسم الخبراء عملية التحليل إلى خطوات أساسية:

• تعمل جاذبية المجرة الأمامية على انحراف أشعة الضوء بزوايا متنوعة وغير متوقعة.
• يؤدي المسار الأطول إلى تأخير الوصول الذي يمكن أن يستمر من أيام إلى عدة أشهر.
• ويكشف فارق التوقيت الدقيق عن المسافة التي يقطعها الإشعاع في فراغ الفضاء.
• يقدم الحساب النهائي معدل تمدد الفضاء بين الأجرام السماوية البعيدة.

يركز فريق البحث بشكل مكثف على تحسين منحنى الضوء لكل صورة من الصور الخمس التي تم التقاطها بواسطة الأجهزة. تتطلب المراقبة المستمرة صبرًا شديدًا، حيث يضعف ضوء المستعر الأعظم تدريجيًا خلال الأسابيع التالية للانفجار. يعد التخلص من الضوضاء الإحصائية والتأكد من أن اختلافات السطوع تتوافق تمامًا مع نفس الحدث هو التحدي الفني الأكبر للعملية بأكملها. تقوم أجهزة الكمبيوتر العملاقة في الجامعات الألمانية بمعالجة تيرابايت من المعلومات يوميًا لضمان السلامة المطلقة للنموذج المادي المطبق.

ندرة هذه الظاهرة تتحدى الإحصاءات الفلكية الحالية

إن العثور على مستعر أعظم مضروبًا في عدسة الجاذبية يعتبر بالفعل إنجازًا رائعًا، لكن SN Winny ينتمي إلى فئة أكثر خصوصية وقيمة. تم تصنيفه على أنه مستعر أعظم من النوع Ia، وهو حدث نووي حراري يحدث عندما يمتص نجم قزم أبيض المادة من رفيقه حتى يصل إلى عتبة حرجة وينفجر بعنف. تتمتع هذه الانفجارات بسطوع جوهري موحد، وتعمل بمثابة شموع قياسية دقيقة لقياس المسافات في الكون الفسيح. إن المزيج النادر بين الشمعة القياسية وتأثير العدسات المتعددة يخلق بيئة مثالية لعلم الكونيات الحديث.

احتمال ملاحظة شيء مماثل هو أمر مستحيل وفقًا للتقديرات الدقيقة للخبراء في هذا المجال. ويقدر الباحثون أن واحدًا فقط من كل مائة ألف مستعر أعظم يعاني من هذا النوع من التشوه الجاذبي القادر على توليد خمس صور متزامنة وواضحة. بشكل عام، يمكن لعلماء الفلك اكتشاف نسختين، أو على الأكثر، أربع نسخ عندما يكون المحاذاة المكانية مناسبة. توفر النقطة المضيئة الخامسة طبقة إضافية من البيانات المهمة التي تساعد على إزالة الشكوك في نمذجة توزيع المادة المظلمة للمجرة العدسية.

تقوم المراصد بإعداد كتالوج غير مسبوق للأشهر القادمة

ومن المتوقع أن يمتد التحليل الكامل لـ SN Winny إلى جزء كبير من عام 2026، مما يتطلب مراجعات صارمة من النظراء قبل نشر النتائج النهائية. يحتاج الباحثون إلى التأكد من عدم وجود متغيرات خفية، مثل سحب الغبار بين النجوم، تؤثر على وقت وصول الضوء. إذا أكد القياس التوقعات الأولية، يمكن للفيزياء النظرية تجاهل النماذج القديمة وتبني فهم جديد لسلوك الطاقة المظلمة. تعمل الطاقة المظلمة بمثابة القوة الغامضة المسؤولة عن تسريع انفصال المجرات عن بعضها البعض على نطاق واسع.

إن النجاح الساحق لهذه المراقبة المعزولة يدفع المجتمع العلمي إلى البحث بنشاط عن أهداف جديدة مماثلة في أعماق السماء. يتمتع مرصد فيرا سي روبين، المجهز بأحدث تقنيات المسح، بالقدرة على رسم خريطة للسماء بسرعة غير مسبوقة في تاريخ علم الفلك. التوقع العام هو أن المجمع الفلكي الجديد سيكون قادرًا على تحديد العشرات من المستعرات الأعظمية المرآة خلال السنوات القليلة القادمة من التشغيل. إن إنشاء كتالوج شامل لهذه الأحداث الكونية سيسمح لنا بوضع خريطة نهائية لتطور الكون من بداياته إلى العصر المعاصر.