النجوم الصغيرة تنفي قفزة في الجاذبية

الكون يتمدد، ويُقاس معدل تمدده الحالي بعدد يسمى ثابت هابل. المشكلة أن عائلتين من القياسات تعطيان إجابتين مختلفتين. فالقياسات المبنية على النجوم والمستعرات العظمى القريبة — «سلّم المسافات» — تختلف مع القيمة المستنتجة من إشعاع الخلفية الكونية الميكروي، أقدم ضوء في الكون، بمستوى يقارب 5 سيغما بحسب البيانات. ويعطي إشعاع الخلفية الميكروي القيمة الأدنى. هذا هو توتر هابل، إحدى أكثر مشكلات علم الكونيات إلحاحًا.

تلقي بعض التفسيرات اللوم على أخطاء خفية. ويدعو بعضها الآخر إلى فيزياء جديدة. ومن أجرأ المقترحات نموذج «قفزة G» (G-step): فثابت الجاذبية لنيوتن، G، الذي يحدد شدة الجاذبية، ربما تغيّر فجأة في الماضي الكوني القريب.

تغيّر مفاجئ قبل ما بين 73 و130 مليون سنة

الفكرة أن المستعرات العظمى، التي تُستخدم مساطر كونية، تتوهج بسطوع يعتمد على G. فإذا كانت G مختلفة قبل تاريخ معيّن، فإن المستعرات العظمى البعيدة (التي نراها كما كانت قبل التغيّر) والقريبة (بعده) لن تكون المسطرة نفسها، وسيُقدَّر معدل التمدد خطأً. وتُختبر هنا نسختان:

النموذج الأصلي: جاذبية أقوى بنسبة 11 في المئة قبل قفزة حدثت قبل 130 مليون سنة؛
نموذج موسّع: أقوى بنسبة 4 في المئة قبل قفزة حدثت قبل 73 مليون سنة.

نجوم ذات ذاكرة طويلة

وجد جيريمي ساكستاين (Jeremy Sakstein) من جامعة هاواي وهاري ديزموند (Harry Desmond) من جامعة بورتسموث شاهدًا غير متوقع: الأقزام الحمراء، أصغر النجوم، التي تقل كتلتها عن ثلث كتلة الشمس تقريبًا. هذه النجوم تُقلَّب من لبّها إلى سطحها، وتستجيب لأي اضطراب بتثاقل كبير. والوقت الذي تستغرقه لتستقر مجددًا بعد تغيّر في حجمها يقارب 100 مليون سنة — وهو قريب من الوقت المنقضي منذ القفزة المفترضة.

والنتيجة، التي استُخرجت بالورقة والقلم ثم ببرنامج لتطور النجوم: القزم الأحمر الذي عاش في ظل جاذبية أقوى، ثم شهد انخفاض G إلى قيمتها الحالية، ينتفخ بسرعة، ثم لا ينكمش مجددًا إلا ببطء. واليوم سيظل أكبر قليلًا مما ينبغي بالنسبة لكتلته.

ثمانية نجوم على الميزان

للتحقق، استخدم الفيزيائيان ثمانية أقزام حمراء في ثنائيات كسوفية — أزواج من النجوم يمر كل منها أمام الآخر كما يُرى من الأرض، مما يتيح بعضًا من أدق الكتل وأنصاف الأقطار المعروفة لأي نجم. واختارا نجومًا كتلتها بين 0.1 و0.31 كتلة شمسية، في أزواج متباعدة بما يكفي للحد من تأثيرات المد والجزر.

ثمة تعقيد: البقع النجمية تنفخ النجم أيضًا. فترك المؤلفان نسبة تغطية البقع لكل نجم تتغير بحرية، من لا شيء إلى التغطية الكاملة، حتى تتمكن البقع من امتصاص أي انتفاخ إن أمكن.

لا أثر لقفزة

في كلا التاريخين، أفضل تطابق هو جاذبية لم تتغير قط. والقفزتان المقترحتان مستبعدتان:

4 في المئة، قبل 73 مليون سنة: مستبعدة عند نحو 3.1 سيغما؛
11 في المئة، قبل 130 مليون سنة: مستبعدة عند نحو 4.0 سيغما.

لا تستطيع البقع النجمية إنقاذ النموذج: فمع هاتين القفزتين، تحتاج أربعة من النجوم الثمانية أصلًا إلى صفر من البقع، ولا يمكن لنجم أن يملك أقل من لا شيء.

شاهد ثقيل الوزن

اختبر المؤلفان مدى هشاشة النتيجة. فلو بالغت النماذج النجمية بانتظام في تقدير أنصاف الأقطار بنسبة 1 في المئة، لضعف الاستبعاد لكنه يبقى قائمًا. ويشيران أيضًا إلى أن نجمًا واحدًا، J2343+29، يحمل قدرًا كبيرًا من الثقل: فمن دونه، ينخفض الاستبعاد إلى 2.45 و1.90 سيغما — مع بقاء عدم تفضيل أي تغيّر في الجاذبية.

لا تحل الدراسة توتر هابل. لكنها تضيّق المجال: فهاتان النسختان من قفزة حديثة في الجاذبية تتعارضان الآن مع نجوم مجرتنا نفسها.