مستعر أعظم واحد، وخمس صور، ومعدل تمدّد الكون

ما سرعة تمدّد الكون اليوم؟ الرقم الذي يجيب عن ذلك هو ثابت هابل، H0. وتعطي اثنتان من الطرق الرئيسية لقياسه — «سلّم» من المسافات إلى النجوم والمجرات القريبة، والوهج الخافت المتبقي من الكون الفتي، أي إشعاع الخلفية الكونية الميكروي — قيمًا مختلفة اختلافًا ملحوظًا في الوقت الراهن. وهذه الفجوة، المعروفة بـتوتر هابل، من أكبر المسائل المفتوحة في علم الكونيات.

وثمة طريق ثالث، لا يعتمد على أيٍّ من الطريقتين.

عدسة كونية بساعة مدمجة

حين يقع جرم ضخم جدًا — مجرة أو عنقود مجرّي كامل — أمام مصدر بعيد، تحني جاذبيته الضوء وقد تقسم المصدر إلى عدة صور. هذا هو التعدّس الجاذبي القوي. فتسلك أشعة الضوء مسارات مختلفة الأطوال. وإذا تغيّر سطوع المصدر، تتغيّر الصور واحدة تلو الأخرى.

تعتمد هذه التأخيرات الزمنية على كتلة العدسة وعلى المسافات الكونية — ومن ثمّ على H0. وقد اقترح ريفسدال الفكرة عام 1964، باستخدام مستعرات عظمى تُرى في عدة صور.

اكتُشف أول مستعر أعظم من هذا النوع، المعروف الآن بـSN Refsdal، عام 2014 خلف العنقود المجرّي MACS J1149.5+2223. وظهر أولًا في أربع صور حول إحدى مجرات العنقود؛ وكان يُتوقع ظهور صورة خامسة، تنبأت بها النماذج، بعد نحو عام. ومن بين التأخيرات المقيسة تأخير قدره 376 يومًا بين صورتين.

77,000 بكسل بدلًا من بضع نقاط

الصعوبة تكمن في معرفة كيفية توزّع كتلة العنقود بدقة. فحتى الآن، لم تكن النماذج تستخدم إلا مواقع الصور المتعددة للمجرات الخلفية. وقد ذهب شتيفان شولت، من جامعة توركو وجامعة ميلانو، وزملاؤه في إيطاليا وألمانيا وإسبانيا وفنلندا أبعد من ذلك.

كان نموذجهم يضم بالفعل 308 مجرات من العنقود، وهالات من المادة المظلمة، وأكثر من 100 صورة متعددة لـ17 مصدرًا خلفيًا. وفوق ذلك، أضافوا الشكل والسطوع الكاملين للمجرة التي احتضنت المستعر الأعظم: 77,000 بكسل من تلسكوب هابل الفضائي. وهذا أول قياس للمعاملات الكونية بهذا النوع من النماذج لعنقود مجرّي.

وللاحتياط، اختبروا أربع طرق لترجيح البيانات، وعدّوا الفروق بينها عدم يقين إضافيًا.

قياس بدقة 3%

• H0 = 65.0 (+2.0 / −1.8) كيلومترًا في الثانية لكل ميغافرسخ فلكي، مع قياس محتوى الكون من المادة، Ωm = 0.30، في الوقت نفسه.
• يبلغ عدم اليقين 3.0%: وهي أدق قيمة حُصل عليها على الإطلاق من عدسة قوية واحدة، متقدمةً على نتيجة بدقة 3.9% من كوازار مُعدَّس.
• خفّضت إضافة البكسلات عدم اليقين بمعامل 2.0 مقارنة بالنموذج نفسه حين يستخدم مواقع الصور وحدها.
• تتفق جميع نسخ النموذج فيما بينها ومع الدراسات السابقة لـSN Refsdal.

وتتفق القيمة مع تلك المستخلصة من إشعاع الخلفية الكونية الميكروي الذي قاسته بعثة بلانك، ومع مستعر أعظم مُعدَّس آخر هو SN Encore. وتبتعد أكثر عن قيمة سلّم المسافات لدى فريق SH0ES.

وصار عدم اليقين الناتج عن نموذج الكتلة الآن مماثلًا لعدم اليقين في أطول تأخير. بعبارة أخرى، أصبحت الساعة، لا الخريطة، هي العامل المُقيِّد.

ما الذي قد يغيّر الرقم بعد

يعدّد المؤلفون ما لا يشمله هامشهم البالغ 3%. فقد أبقوا وصفة كتلة العنقود ثابتة كي تكون المقارنة مع النماذج الأقدم منصفة، لذا لا تُحتسب تفاصيل تلك الوصفة ضمن عدم اليقين. كما أن نقطة عمياء معروفة في التعدّس، هي «انحلال الصفيحة الكتلية» (mass-sheet degeneracy)، لم يُسيطر عليها إلا جزئيًا. وإذا كانت خطوط النظر عبر العناقيد المجرية أكثر خلوًّا من المتوسط، فإن عدسات العناقيد ستبخس قيمة H0.

والاختبار التالي قريب: إذ يُفترض أن يعاود مستعر أعظم مُعدَّس آخر، هو SN Requiem، الظهور في 2026 أو 2027، بعد نحو عشر سنوات من رصده أول مرة. ويُتوقع أن يُقاس تأخيره بدقة عالية جدًا، ومع نموذج كهذا قد يعطي H0 بهامش لا يتجاوز بضعة في المئة. ومن المتوقع أن يكتشف مرصد روبين كثيرًا من هذه المستعرات العظمى.