ما هو ثابت هابل؟

تُظهرُ هذه النظرة عن قرب المجرة (MACS0647-JD) هي أبعد موضع معروف حتى الآن، وتظهر بواسطة عدسة الجاذبية التي التقطها تلسكوب هابل الفضائي، وتقع هذه المجرة على بعد 13.3 مليار سنة ضوئية من الأرض، وقد تشكلت بعد 420 مليون سنة من الانفجار العظيم.

يُعَدُّ ثابتَ هابل وحدةَ القياس المستخدَمة لوصف توسُّع الكون، فالكون مازال يتمدد حتى الآن مذ بدأ مع الانفجار العظيم قبل حوالي 13.82 مليار سنة.

وفي الحقيقة، إن الكون يزيد من تسارع توسُّعِه كلما أصبح أكبر، وتشير وكالة ناسا إلى أن المدهش في توسع الكون ليس فقط معدل هذا التوسع وإنما أيضًا ما ينجم عنه من آثار.

فإذا بدأ هذا التوسع يٌبطء من سرعته فإن ذلك يعني أنه ثمّة شيء ما في الكون يبطء من نموّه، وقد تكون المادة المظلمة هي التي تقوم بذلك غيرَ أن المادة المظلمة غير قابلة للرصد باستخدام الأدوات التقليدية، أما في حال أصبح توسع الكون أسرع، فمن الممكن أن تكون الطاقة المظلمة هي مَن يدفع بهذا التوسع ليزيدَ من سرعتِه.

واعتبارًا من شهر آذار للعام 2013 أصبحت وكالة ناسا تقدّر معدل توسع الكون بحوالي 70.4كم/ ث لكل (ميغابارسيك – megaparsec) علمًا أن الميغابارسيك تساوي مليون فرسخ نجمي (وحدة لقياس المسافات بين النجوم)

كما تساوي أيضًا حوالي 3.3 مليون سنة ضوئية، وهذه سرعة تفوق الخيال.

وبالاعتماد على بيانات المرصد الفلكي«WMAP(Wilkinson Microwave Anisotropy Probe)» التابع لوكالة ناسا، نجد أن معدل توسع الكون أسرع نوعًا ما، ويُقدَّر بحوالي 71 كم/ث لكل ميغابارسيك.

اكتشاف ثابت هابل

اُقترِحَ ثابت هابل للمرة الأولى من قِبَل (إدوين هابل – Edwin Hubble) والذي سُمّي باسمه تلسكوب هابل الفضائي، وكان هابل عالم فلك أمريكي، درس المجرات البعيدة ولاسيّما تلك التي تبتعد عن مجرتنا.

تشير وكالة ناسا إلى أنه في العام 1929 وبالاعتماد على ملاحظة عالم الفلك (هارلو شابلي-Harlow Shapley)والتي تنص على أن المجرات في الكون تبتعد عن مجرة درب التبانة، اكتشف إدوين هابل أنه كلما زادت المسافة التي تفصلنا عن المجرات، زادت سرعة ابتعادها عنا أكثر(أي أن العلاقة بين المسافة والسرعة علاقة طردية).

في حين فهم العلماء بعد ذلك ظاهرة ابتعاد المجرات عن بعضها البعض، ويدرك علماء الفلك اليوم أن ما يُرصَد حقًا هو توسع الكون، فأينما كنتَ في الكون، سترى ظاهرة توسعه تحدث بالسرعة نفسها.

وعبر السنوات، أُدخلَت التحسينات على حسابات هابل الأوليّة، وذلك بفضل استخدام تلسكوبات حساسة أكثر فأكثر لإجراء القياسات.

وتتضمن هذه التلسكوبات تلسكوب هابل الفضائي والذي أجرى فحوصًا حول نوع من النجوم المتغيرة تدعى النجوم (المتغيرة القيفاويّة – Cepheid Variable) كما تتضمن أيضًا تلسكوب ويلكنسون«WMAP» والذي اعتمد في استقراءاته على قياسات إشعاع الخلفية الكونية الميكروي (حرارة خلفية ثابتة تُعرَف أحيانًا بشفق الانفجار العظيم)

إنفوغرافيك

تفسر هذه الصورة العلاقة بين الدورة التقلّبية للنجم القيفاوي وشدة إضاءته، والتي تثبت أنه إذا كنت تعرف الدورة التقلبية لنبض النجم القيفاوي أو دورَ نبضه، فإنه يمكنك أن تحدد شدة سطوعه الحقيقي.

وبالمقارنة بين شدة السطوع الحقيقي للنجم القيفاوي وشدة سطوعه المرصود بإمكانك أن تحدد المسافة التي يبعدها هذا النجم، وذلك لأنه يصبح معتمًا كلما أخذ يبتعد أكثر، علمًا أن قياسات المسافة هذه كانت تُستَخدَم من قبل تلسكوب (سبيتزر – Spitzer) ذلك من أجل قياس معدل توسع الكون بشكل أكثر دقة مما سبق.

المتغيرات القيفاويّة

هناك عدة أنواع من النجوم المتغيرة، لكن أفضلها لقياس ثابت هابل هو النجم المتغير القيفاوي، فوفقًا لوكالة ناسا، هنالك نجوم تغيُّر من شدة سطوعها الظاهري بانتظام ضمن فترة تتراوح ما بين يومين ومئة يوم، ويُعتبَر النجم «Plaris» أكثر هذه النجوم شهرة.

ويوجد علاقة تربط بين فترة تغيُّر سطوع تلك النجوم وشدة سطوعها الحقيقي، مما يعني أنه بالإمكان قياس المسافة التي تفصلنا عن نجمٍ ما عن طريق قياس التغير في شدة سطوعه الظاهري، فكلما كان النجم القيفاوي أكثر سطوعًا، كان من الأسهل قياس المسافة التي تفصله عن الأرض.

كما يمكن رؤية بعض النجوم القيفاوية من الأرض، غير أن الذهاب إلى الفضاء يُمكّننا من إجراء قياسات أكثر دقة لتلك النجوم.

وقد تمكن تلسكوب هابل من ضبط نجوم قيفاويّة تبعد عنا حوالي 900,000 سنة ضوئية، والتي تعتبر مسافة مذهلة بالنسبة للوقت، لكن ضمن حدود الكون تبقى قريبة من الأرض نسبيًا.

وتعد النجوم القيفاويّة أكثر خفوتًا، كما أنها تنحسر بشكل أسرع بعيدًا في الفضاء حيث تمكن تلسكوب هابل من إجراء القياسات، وذلك بعد انطلاقة في عشرينات القرن الماضي.

قياسات التلسكوب الفضائي

في العام1999 حدد علماء الفلك قيمة ثابت هابل والتي بلغت 70كم/ث لكل ميغابارسيك، وذلك استنادًا إلى مراقبة حوالي 800 نجم قيفاوي ضمن 18 مجرة مختلفة على بُعد 65 مليون سنة ضوئية من الأرض، وهذا يرجّح الكفة التي تقول أن عمر الكون يبلغ حوالي 12 مليار سنة في حين كان يُعتبَر عمرُه قبل ذلك 13.82 مليار سنة.

وفي العام 1999 صرّح (ويندي فريدمان -Wendy Freedman) رئيس فريق المرصد التابع لمعهد (كارنيغي في واشنطن – The Carnegie Institution of Washington) وذلك في تقرير له على موقع «discovery»، بأنه قبل استخدام تلسكوب هابل لم يتمكن علماء الفلك من معرفة إذا ما كان عمر الكون 10 مليار أم 20 مليار سنة.

ويضيف أيضًا: «وأخيرًا بعد كل تلك السنوات نقتحم اليوم عصر الدقة في علم الكونيات، فالآن باستطاعتنا أن نرسم صورةً أوسع لأصل الكون وتطوره ومصيره»

ومع ذلك فإن النجوم القيفاويّة ليست مثالية لقياس ثابت هابل، علاوةً على وجود صعوبات أُخرى، إذ تتوضع النجوم القيفاويّة غالباً في المناطق الغبارية، والتي تخفي بعض الأطوال الموجية في الصور الملتقطة لتلك المناطق، كما تتوضع على مسافات أبعد، مما يجعل رصدَها أصعب كونها خافتة من منظورنا.

غير أنه ثمّة أساليب أُخرى أخذت تجري القياسات على النجوم القيفاويّة، كعلاقة (تاللي-فيشر Tully -Fisher) والتي توضح النسبة بين سرعة دوران المجرة الحلزونية وشدة إضاءتها.

كما يستخدم تلسكوب ويلكنسون«WMAP» لقياس ثابت هابل تقنيةً أُخرى لفحص الترددات في إشعاع الخلفية الكونية الميكروي.