تسارع توسع الكون

• أناقش بالأدلة أنَّ الكون يتوسَّع متسارعًا.
• أحسب عمر الكون من قانون هابل.

كيف كشفت النجوم فوق المستعرة تسارع الكون؟

تمكَّن العلماء من حساب عمر الكون التقريبي باستخدام قانون هابل، وإثبات أنَّ الكون يتوسَّع متسارعًا بفعل الطاقة المظلِمة التي تملأ الفضاء.

• يعد انزياح الأطياف الكهرمغناطيسية المرئية للمجرات نحو الأحمر دليلًا على تباعدها عنا، ويُعَدُّ أيضًا دليلًا على توسُّع الكون.
• وقد افترض العلماء أن سرعة توسُّع الكون ستقل مع الزمن بسبب قوى التجاذب الكبيرة بين مكوّناته المادية من مجرات ونجوم وسُدُم وغيرها
• إلا أن البيانات والمشاهدات التي جُمِعت بمقراب هابل الفضائي عند رصده النجوم فوق المستعرة ⁦Supernova⁩، أشارت إلى أن الكون يتوسَّع في الوقت الحالي بوتيرة أسرع ممّا كان عليه قبل مليارات السنين.

• تمكَّن العلماء من حساب معدل توسُّع الكون، وذلك برصد الأطياف الصادرة عن النجوم فوق المستعرة في عدد من المجرات البعيدة جدًا بمقراب هابل الفضائي
• وهذا وفَّر لهم بيانات عن شدة انزياح الأطياف الصادرة عنها نحو الأحمر وبُعدها عنا،
• واستنادًا إلى تلك البيانات تبيَّن بأنَّ الكون يتوسَّع متسارعًا بشكل لم يسبق له مثيل.

فكيف كشفت النجوم فوق المستعرة عن تسارع توسُّع الكون؟

ما الذي توصَّل إليه العلماء عن سرعة توسُّع الكون من تحليل الأطياف الصادرة عن النجوم فوق المستعرة؟

ما الطاقة المظلمة وما مكوّنات الكون؟

• وقد عزا العلماء سبب تسارع توسُّع الكون إلى الطاقة المظلمة.

• الجزء المتبقي من مكوّنات الكون يتوزَّع بين مادَّتين:

• ويمكن الاستدلال على وجود المادة المظلمة وتعرُّف خصائصها عن طريق تأثيراتها الجاذبية في المادة العادية.

المادة المظلمة تبطئ والطاقة المظلمة تسرّع

• تربط المادة المظلمة عبر جاذبيتها مكوّنات الكون من نجوم ومجرات معًا، وهذا يبطئ من معدل توسُّع الكون،
• وفي المقابل، تؤدي الطاقة المظلمة إلى تسارع هذا التوسُّع، فتعمل على تباعد المجرات بمرور الزمن

• في المراحل الأولى من عمر الكون، كان تأثير المادة المظلمة أكبر بكثير من تأثير الطاقة المظلمة التي كان أثرها قليلًا في توسُّع الكون،
• وبازدياد عمر الكون وتوسُّعه قلَّ تأثير المادة المظلمة وازداد تأثير الطاقة المظلمة التي تُباعد بين المجرات بسرعة أكبر،
• وهذا يفسر تسارع توسُّع الكون.

أتوقع ماذا يمكن أن يحدث لسرعة توسُّع الكون لو كان تأثير الطاقة المظلمة على توسُّع الكون مشابهًا لتأثير المادة المظلمة.

أوضّح المقصود بالطاقة المظلِمة.

لم يُكشف عن طبيعة المادة المظلمة أو الطاقة المظلمة، فكيف يُستدل على وجودهما؟

نشاط: نقاط على خريطة عمر الكون

أُحدِّد أي النقاط الآتية: (أ، ب، ج، د) يكون عندها تأثير الطاقة المظلمة أكبر ما يمكن، وأبرر السبب.

أُقارن بين النقطتين: (هـ) و (ج) من حيث تأثير المادة المظلمة في كل منهما.

أُرتب النقاط: (أ، ب، ج، د، هـ) تنازليًا بحسب تأثير المادة المظلمة في كل منها.

أرسم سهمين يدل كل منهما على الاتجاه الذي يزداد به تأثير كل من الطاقة المظلمة والمادة المظلمة.

كيف نحسب عمر الكون من ثابت هابل؟

• عمر الكون التقريبي يُقدَّر بحساب مقلوب ثابت هابل، وفقًا للعلاقة الآتية:

• T هو عمر الكون التقريبي، و H_0 هو ثابت هابل.
• ثابت هابل تتراوح قيمته بين $68-80\ \text{km/s/Mpc}$، وقدَّر العلماء متوسط قيمته بنحو $70\ \text{km/s/Mpc}$.

• عمر الكون قدَّره العلماء بنحو $13.7$ ⁦billion years⁩، وقد يكون أصغر أو أكثر بضعة مليارات من السنين.

ماذا يحدث لعمر الكون لو زادت قيمة ثابت هابل؟

• ألاحظ من الأمثلة السابقة أنه كلما زادت قيمة ثابت هابل قلَّ عمر الكون.

أوضّح كيف تمكَّن العلماء من حساب عمر الكون.

راجع الدرس: فسّر وقارن واحسب

أفسِّر ازدياد سرعة توسُّع الكون على الرغم من قوة التجاذب الكبيرة بين مكوّنات الكون المادية.

أرسم مقطعًا بيانيًا يوضِّح نِسَبَ مكوّنات الكون من مادة وطاقة.

أتوقَّع ما سيحدث إذا ازدادت الطاقة المظلِمة ازديادًا متسارعًا مع توسُّع الكون، وسيطرت في النهاية على المادة المظلِمة.

أحسب عمر الكون بالسنوات ⁦(year)⁩ إذا كان ثابت هابل يساوي ⁦(80 km/s/Mpc)⁩.

أُقارن بين الطاقة المظلِمة والمادة المظلِمة باستخدام شكل فِن الآتي: