اكتشاف فقاعة«أحفورية»  يبلغ قطرها مليار سنة ضوئية من بدايات الكون: ماذا تحتوي؟

عثر فريق المشروع المخصص لرسم خرائط الكون على بنية كونية مذهلة وهي عبارة عن: "فقاعة" يبلغ قطرها مليار سنة ضوئية، والتي جمدتها الموجات الصوتية من الكون البدائي. علينا أن نعود بضعة مليارات من السنين لفهم ما يعنيه هذا.

ولم يتوقع هذا الفريق من علماء الفيزياء الفلكية العثور على "أحفورة" من بدايات الكون. خلال مشروع لرسم خريطة للكون، اكتشف عالم الفيزياء الفلكية دانييل بوماريدي وزملاؤه نوعًا من "الفقاعة" العملاقة من المجرات - تسمى هوليلانا - من عصر بعيد. لقد جمد بمرور الوقت العناصر الثمينة المتعلقة ببدايات الكون. لذا، لفهم هذا الاكتشاف، الذي نُشر في 5 سبتمبر 2023، نحتاج إلى العودة عدة مليارات من السنين إلى الوراء.

خلال تلك الحقبة المبكرة ، بعد بضع مئات الآلاف من السنين من الانفجار الكبير، لم يكن الكون البدائي "شفافًا" بعد، ولكن في حالة البلازما - وهي حالة كثيفة وساخنة للمادة. ويحدث صراع بين قوة الجاذبية  أو الثقالة وضغط البلازما. يؤدي هذا إلى اختلافات في كثافة المادة نفسها: هناك مناطق ذات كثافة عالية جدًا، ومناطق ذات كثافة منخفضة جدًا. ويؤدي الصراع بين هاتين الكثافتين إلى تدفق المادة المنخفضة الكثافة نحو المادة الزائدة الكثافة: وهذه هي "العقد" في الشبكة الكونية.

داخل هذه العقد، وجدنا بعد ذلك قمم كثافة حقيقية. هذه الظاهرة الحاسمة هي التراكم: تتكتل المادة. "تراكمت المادة، وبدأت الهياكل تتشكل مع مجموعات المجرات، التي تحتوي على المجرات، ثم الكواكب. يوضح دانييل بوماريدي: "كل شيء يأتي من التراكم".

موجات صوتية مجمدة في الوقت المناسب ولكن، ما هي بالضبط أحفورة "فقاعة" هوولايلانا؟ إنها على وجه التحديد نتيجة كومة من الموجات - الموجات - المجمعة من نقاط مختلفة عبر هذا التراكم. ومن هنا جاءت فكرة الفقاعة: كل شيء يتكثف في منطقة، ثم تتضخم مع توسع الكون. وهذه هي المرة الأولى التي يمكن فيها ملاحظة هذه الموجات القادمة من بدايات الكون.

لقد توقع الفيزيائيون منذ فترة طويلة أننا يجب أن نجد، في زمن البلازما البدائية، BAOs: التذبذبات الصوتية الباريونية. وترجمة ذلك: الموجات الصوتية التي تتحرك خلال المادة العادية. جاءت هذه الموجات من صراع الكثافة. يشرح لنا دانييل بوماريدي قائلاً: "يمكن أن تبدأ هذه الموجات من أي مكان، ولكن بشكل خاص في الأماكن التي تكون فيها الكثافة أعلى". كثافة المادة الصغيرة تعني: موجة صغيرة. كثافة المادة العالية تعني: موجة طويلة. كان "المكان الذي كان لهذه الظاهرة أكبر سعة، في عقد الشبكة الكونية، حيث تدفقت المادة نحو المناطق ذات الكثافة الأعلى في الكون. »كانت قمم الكثافة عند أصل تكوين مجموعات المجرات مرادفة أيضًا لقمم BAO.

ومع ذلك، بعد 380 ألف سنة من الانفجار الكبير، «بردت البلازما بسبب تمدد الكون»، كما يشير دانييل بوماريدي. "عند نقطة معينة، تجاوزنا درجة حرارة حرجة، حيث أصبح من المثير للاهتمام بالنسبة للإلكترونات والبروتونات أن تتحد وتشكل الذرات الأولى. » هذه الطاقة التي تربط الجزيئات أصبحت أقوى من طاقة البلازما. في الواقع، "تنتصر المادة"، وينطلق الضوء، وتختفي "البلازما".

"يصبح الكون في الأساس فراغًا. ظاهرة BAO تقترب من نهايتها. يتم تجميد هذه الموجات الصوتية. »إن فكرة الحفرية لتعيين فقاعة هوولانا تشير على وجه التحديد إلى "حقيقة أنه كان هناك نوع من الصقيع"، كما يوضح دانييل بوماريدي. "كانت الهياكل تتطور، وفجأة حدث تحول، وتجمد التطور. مثل أحفورة الأمونيت في علم الآثار: كانت حية، وتجمدت، وبعد وقت طويل يمكن للباحث العثور على هذه الحفرية. »

تحتوي مثل هذه الحفرية على معلومات قيمة يجب تحليلها: فهي بمثابة "شاهد على الكون الشاب"، كما يعتقد دانييل بوماريدي. لفترة طويلة، كانت فكرة BAO مجردة ونظرية. ويضيف: "هناك، يصبح الأمر ملموسًا". والأمر الأكثر إثارة للاهتمام هو أن دانييل بوماريدي وفريقه قاموا بقياس ثابت هابل، أي قيمة توسع الكون داخل هذه الفقاعة. يتوافق هذا القياس مع القياسات التي تم إجراؤها في الكون المحلي، ولكن ليس في الكون البعيد. وهذا يزيد من مشكلة فجوة القياس المعروفة بالفعل، وبالتالي يعطي اكتشاف فقاعة «أحفورية» من بدايات الكون: ماذا تحتوي فقاعة يبلغ قطرها مليار سنة ضوئية؟ عند توسع الكون: هل تضيق الفجوة بين القياسات؟ و ماهي "عواقب مهمة للفيزياء الأساسية وعلم الكونيات الحديث"؟

تميل الملاحظات الحديثة إلى تضييق الفجوة بين تقديرات ثابت هابل. وفقًا لعالمة الفلك ويندي فريدمان وفريقها، قد لا يكون هناك في النهاية أي صراع حول معدل توسع الكون. ماذا لو لم يكن هناك في النهاية أي صراع حول قياسات معدل توسع الكون؟ وتظهر أحدث الملاحظات أن الفجوة بين القياسات تميل إلى التضييق. على أي حال، هذا ما تشرحه عالمة الفلك الأمريكية ويندي فريدمان بالتفصيل في دراسة ستنشر في مجلة الفيزياء الفلكية، والتي يمكن الوصول إليها على موقع arXiv وتناقلتها جامعة شيكاغو في 30 يونيو 2021.