Testing Extended Exponential Infrared Teleparallel Gravity with CMB, DESI, and PantheonPlus
تُقيد هذه الدراسة نموذج جاذبية تليبارال بأسلوب أسي تحت حمراء ممتد باستخدام مجموعات بيانات CMB وDESI وPantheonPlus، لتجد أنه بينما ينجح النموذج في استعادة سلوك الكون المبكر القياسي ويُظهر ديناميكيات الطاقة المظلمة في الوقت المتأخر، فإنه يظل غير متمايز إحصائياً عن نموذج CDM عند استخدام بيانات CMB وحدها، ويُظهر تفضيلاً ضعيفاً فقط لنموذج CDM عند دمج المجموعات الكاملة من البيانات بما في ذلك SH0ES.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
إن الكون يتمدد، وليس مجرد ابتعاد بطيء، بل إنه يتسارع في رحلته عبر الفضاء. ولعقود من الزمن، كان التفسير القياسي لهذا التسارع هو قوة غامضة تسمى الطاقة المظلمة، والتي غالباً ما تُتخيل كدفع ثابت متأصل في الفضاء نفسه. هذه الفكرة، المعروفة باسم الثابت الكوني، تتوافق مع معظم ملاحظاتنا بشكل جيد، ومع ذلك تترك العلماء أمام مشكلات نظرية ملحة وتضارباً مستعصياً في القياسات. فعندما ينظر علماء الفلك إلى الضوء القديم المتبقي من الانفجار العظيم، فإنهم يحسبون سرعة معينة لتوسع الكون اليوم. ولكن عندما يقيسون التوسع من خلال مراقبة النجوم المتفجرة القريبة وغيرها من العلامات الكونية، يجدون سرعة أكبر. هذا الخلاف، المعروف باسم "توتر هابل"، يشير إلى أن فهمنا الحالي للجاذبية أو لمكونات الكون قد يكون غير مكتمل.
ولمعالجة ذلك، استكشف فريق من الباحثين طريقة مختلفة للتفكير في الجاذبية. فبدلاً من افتراض أن الكون منحني مثل ورقة مثنية، كما تصفه النسبية العامة لأينشتاين، بحثوا في إطار عمل تنشأ فيه الجاذبية من خاصية التواء للفضاء تسمى "التوّس" (torsion). في هذه الرؤية، لا ينتج تسارع الكون عن سائل غامض، بل عن تغير هندسة الزمكان نفسه بمرور الوقت. وقد اختبر الباحثون نسخة محددة وموسعة من هذه النظرية، والتي تقدم "مقبضاً" جديداً قابلاً للضبط للتحكم في كيفية سلوك هذه الجاذبية الملتوية في التاريخ الحديث للكون. ومن خلال مقارنة نموذجهم بمجموعة واسعة من البيانات الفلكية الحديثة، سعوا لمعرفة ما إذا كان هذا الالتواء الهندسي يمكن أن يحل توتر معدلات التوسع دون كسر بقية قصتنا الكونية.
ركز الفريق، الذي قاده علماء كونيات من مؤسسات في مصر ومالطا والمملكة المتحدة، على نموذج يسمى "جاذبية التوازي تحت الحمراء الأسية الموسعة" (Extended Exponential Infrared teleparallel gravity). في هذا الإطار، تُوصف قوة الجاذبية ليس بانحناء الفضاء، بل بمعامل توّس (torsion scalar)، وهو مقياس لمدى التواء الزمكان. واقترح الباحثون أن هذا التوّس يعمل كطاقة مظلمة فعالة، تتطور بسلاسة على مدى مليارات السنين. كما قدموا بارامتراً إضافياً، وهو رقم يحدد كيف تتغير قوة هذا التوّس مع تقدم عمر الكون. وكان هدفهم هو معرفة ما إذا كان هذا الإضافة الوحيدة ستسمح للنموذج بمطابقة معدلات التوسع الأسرع التي تم قياسها محلياً، مع الاستمرار في التوافق مع الأنماط الدقيقة لإشعاع الخلفية الكونية الميكروي القديم.
ولاختبار ذلك، دمج الباحثون أكثر مجموعات البيانات شمولاً المتاحة؛ حيث استخدموا ملاحظات الخلفية الكونية الميكروية، وهي صدى الانفجار العظيم، من الأقمار الصناعية والتلسكوبات الأرضية. كما أدرجوا بيانات حول توزيع المجرات من "أداة طيف الطاقة المظلمة" (Dark Energy Spectroscopic Instrument) وقياسات المستعرات العظمى البعيدة من كتالوج "بانثيون بلس" (PantheonPlus). تعمل هذه الملاحظات كمسطرة وساعة كونية، مما يسمح للعلماء بتتبع كيفية توسع الكون من لحظاته الأولى وحتى يومنا هذا. وأجرى الفريق تحليلات إحصائية معقدة لمعرفة مدى جودة ملاءمة نموذج الجاذبية الملتوية هذا للأرقام مقارنة بالنموذج القياسي لعلم الكونيات.
كشفت النتائج عن صورة دقيقة؛ فعند النظر فقط إلى الضوء القديم من الكون المبكر، كان النموذج الجديد يعمل بشكل جيد تماماً مثل النظرية القياسية، حيث أنتج تنبؤات متطابقة تقريباً للأنماط المرصودة في الخلفية الكونية. وفي الواقع، سمح النموذج بمعدل توسع أعلى قليلاً من النموذج القياسي، مما جعله أقرب إلى السرعات الأسرع التي يقيسها علماء الفلك المحليون. ووجد الباحثون أن أفضل ملاءمة لنموذجهم تطلبت قيمة محددة لبارامترهم الجديد، تقع بين 0.5 و1. تشير هذه القيمة إلى أن الطاقة المظلمة الفعالة في نموذجهم بدأت في التصرف كقوة تسارع قياسية، ثم انتقلت إلى حالة أكثر تطرفاً، "شبيهة بالفانتوم" (phantom-like)، مع تقدم عمر الكون.
ومع ذلك، تغيرت القصة عندما أضاف الباحثون بيانات من الكون القريب والحديث. فبينما استطاع النموذج إنتاج معدل توسع أعلى، إلا أنه افتقر إلى المرونة الكافية لملاءمة جميع الملاحظات الجديدة في آن واحد. فعندما دمج الفريق بيانات الخلفية الكونية القديمة مع القياسات المحلية للمجرات والمستعرات العظمى، ظل النموذج القياسي لعلم الكونيات يقدم ملاءمة إجمالية أفضل للبيانات. فالنموذج الجديد، رغم نجاحه في رفع معدل التوسع، كان شديد الصلابة في تنبؤاته للتاريخ الحديث للكون؛ إذ لم يستطع التمدد بما يكفي لاستيعاب النطاق الكامل للمسافات والسرعات التي ترصدها التلسكوبات الحديثة.
في النهاية، تخلص الدراسة إلى أنه بينما تعد نظرية الجاذبية الملتوية بديلاً مقنعاً يحافظ على نجاحات النموذج القياسي في الكون المبكر، إلا أنها لا تحل توتر هابل بشكل كامل. وجد الباحثون أن النموذج لا يمكن تمييزه إحصائياً عن النظرية القياسية عند النظر فقط في بيانات الكون المبكر، ولكن يظل النموذج القياسي مفضلاً قليلاً عند أخذ جميع البيانات المتاحة في الاعتبار. يوضح هذا العمل أن تعديل الجاذبية يمكن أن يغير بالفعل معدل التوسع المتوقع، ولكنه يسلط الضوء أيضاً على صعوبة إيجاد نظرية مرنة بما يكفي لإرضاء كل من الكون القديم والحديث في وقت واحد. إن البحث عن تفسير كامل للتسارع الكوني مستمر، وتعمل هذه الدراسة على تضييق المسار من خلال إظهار أين تنجح هذه الفكرة الهندسية المحددة وأين تخفق.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.