أظهرت دراسة جديدة أن الكون قد يكون أقل "تجانسًا وتناسقًا" بكثير مما افترضه الناس منذ فترة طويلة. هذا الاستنتاج يهز الفرضية الأساسية للنموذج الكوني القياسي المتمثل في "ΛCDM" (المادة المظلمة الباردة). لسنوات عديدة، قبل المجتمع العلمي بشكل عام ما يسمى بـ "المبدأ الكوني"، وهو أنه على نطاق واسع بما فيه الكفاية، يكون الكون هو نفسه تقريبًا في جميع الاتجاهات ويكون توزيع المادة موحدًا بشكل عام؛ يعتمد نموذج ΛCDM على هذا الافتراض، حيث تمثل "Λ" "الطاقة المظلمة" الغامضة التي يُعتقد أنها تدفع التوسع المتسارع للكون، وتشير "CDM" إلى المادة المظلمة الباردة التي تتحرك بسرعة أبطأ بكثير من سرعة الضوء. ومع ذلك، تشير الأدلة الجديدة إلى احتمال آخر: قد يكون الكون "منحرفًا" و"غير متماثل" على نطاقات واسعة.
جوهر هذا الجدل هو ما يسمى "الشذوذ ثنائي القطب الكوني". لفهم ذلك، يجب أن نبدأ بإشعاع الخلفية الكونية الميكروي (CMB) - بقايا الإشعاع الخافتة التي تركت عندما برد الكون بدرجة كافية للسماح للفوتونات بالسفر بحرية بعد حوالي 380 ألف سنة من الانفجار الكبير. ويعتبر أحد أهم الركائز الأساسية لعلم الكونيات الحديث. إن CMB موحد للغاية بشكل عام، ولكن هناك تقلبات دقيقة جدًا في درجات الحرارة، والتي تسمى "تباين الخواص". وأهمها هو "تباين ثنائي القطب": فالسماء أكثر دفئًا قليلاً على جانب واحد وأكثر برودة قليلاً على الجانب الآخر. ولفترة طويلة، فسر العلماء هذه الصورة على أنها أن النظام الشمسي يتحرك بالنسبة إلى "الإطار المرجعي الثابت" للكون، مما يؤدي إلى اختلاف في درجات الحرارة يشبه تأثير دوبلر.
إذا كان هذا التفسير صحيحًا، فإن توزيع المادة في المجرات البعيدة جدًا والكوازارات يجب أن يُظهر أيضًا نمطًا ثنائي القطب مشابهًا للإشعاع CMB. تم اقتراح هذه الفكرة من قبل علماء الكونيات جورج إليس وجون بالدوين في الثمانينيات، وسميت فيما بعد "اختبار إليس-بالدوين". ووفقاً لتوقعات النموذج القياسي، ينبغي أن يكون اتجاه وشدة ثنائي القطب لتوزيع المواد متوافقاً مع ثنائي القطب CMB وأن يكون متسقاً تماماً. ومع ذلك، فقد وجد بحث جديد أنه على الرغم من أن الاتجاهات متسقة بشكل عام، إلا أن هناك تناقضًا خطيرًا في "الحجم": قوة ثنائي القطب الملاحظة في توزيع المادة البعيدة تتجاوز بكثير تنبؤات النماذج الكونية الموجودة.
ولفحص هذا الاختلاف بعمق، قام فريق البحث بتحليل البيانات من أكثر من 1.4 مليون نجم زائف وحوالي 500000 مصدر راديوي. وأظهرت النتائج أن الأهمية الإحصائية لهذه الإشارة غير الطبيعية قد تجاوزت معيار 5σ ("Five Sigma") - مما يعني أن احتمال أن تكون مجرد صدفة عشوائية منخفض للغاية، حوالي واحد فقط من بين 3.5 مليون. في مجالات فيزياء الجسيمات وعلم الكونيات، عادةً ما يُنظر إلى 5σ على أنها عتبة "الاكتشاف". كما اعتمد المركز الأوروبي للأبحاث النووية (CERN) نفس المعيار عندما أعلن عن اكتشاف بوزون هيغز. وقال البروفيسور سوبير ساركار من جامعة أكسفورد، وهو مؤلف مشارك في الدراسة، بصراحة: "لم يعد من الممكن تجاهل هذه القضية. إن صحة مقياس FLRW نفسه أصبحت الآن موضع شك!"
إن ما يسمى بمقياس FLRW، والذي سمي على اسم العلماء الأربعة فريدمان، لوميتر، روبرتسون ووكر، هو الأساس الرياضي لوصف الكون المتوسع في إطار النظرية النسبية العامة لأينشتاين. يعتمد هذا المقياس أيضًا على فرضية أن "الكون موحد ومتناحي الخواص على نطاق واسع" وهو الركيزة الأساسية للنموذج الكوني القياسي ΛCDM. إذا أكدت الملاحظات في النهاية أن الكون غير متماثل بشكل منهجي على المقاييس الكبيرة، فإن البنية العامة للكون الموصوفة بناءً على فرضية FLRW قد لا تكون دقيقة بعد الآن.
هذه ليست مجرد مسألة ترقيع رياضي، ولكنها تؤثر أيضًا بشكل مباشر على حالة المفاهيم الأساسية مثل "الطاقة المظلمة". ويعتقد النموذج القياسي الحالي أن الطاقة المظلمة تمثل حوالي 70% من إجمالي طاقة الكون، وهي عامل رئيسي في تفسير التوسع المتسارع للكون. إلا أن الطاقة المظلمة ظلت حتى الآن في مستوى "الفرضية" ولم يتم تأكيدها بالتجارب الفيزيائية المباشرة. إذا لم يكن الكون نفسه متناحيًا حقًا، فإن بعض الملاحظات التي يتم تفسيرها على أنها "دليل على الطاقة المظلمة" من المحتمل أن تنشأ في الواقع من افتراضات غير صحيحة حول الهندسة والبنية واسعة النطاق للكون، بدلاً من بعض المكونات الفيزيائية الإضافية. وأشار الباحث سيباستيان فون هوسيجر: "إذا كان الجسم السماوي البعيد نفسه ليس متناحيًا في النظام المرجعي المتناحي للإشعاع CMB، فسيكون ذلك انتهاكًا مباشرًا لمبادئ علم الكونيات... وهذا يعني أنه يتعين علينا العودة إلى نقطة البداية والبدء من جديد".
ومن المثير للاهتمام، أنه بالمقارنة مع قضية "توتر هابل" التي تمت مناقشتها على نطاق واسع في نظر الجمهور، فإن "الشذوذ ثنائي القطب الكوني" حظي باهتمام أقل بكثير حتى الآن. يشير ما يسمى بتوتر هابل إلى الانحراف الواضح بين المجموعتين الرئيسيتين لطرق قياس معدل توسع الكون (ثابت هابل): القيمة المقدرة من إشارات الكون المبكرة مثل CMB أقل بكثير من تقديرات "الكون المتأخر" بناءً على ملاحظات المستعرات الأعظمية والمجرات القريبة. لكن التحدي الرئيسي لتوتر هابل هو القيمة الدقيقة لمعدل توسع الكون؛ في المقابل، يشير هذا الشذوذ ثنائي القطب إلى نقطة أكثر جوهرية، وهي ما إذا كان الكون "موحدًا إحصائيًا" حقًا على المقياس الأكبر.
وفي السنوات القليلة المقبلة، من المتوقع أن يقدم عدد من مشاريع المراقبة الفلكية الكبرى أدلة رئيسية على هذا الجدل. يقوم القمر الصناعي إقليدس التابع لوكالة الفضاء الأوروبية برسم خرائط التوزيع ثلاثي الأبعاد لمليارات المجرات لدراسة الطاقة المظلمة والبنية واسعة النطاق للكون. ستقوم مهمة SPHEREx التابعة لناسا بمسح السماء بأكملها بأطوال موجية للأشعة تحت الحمراء بحثًا عن أدلة حول تكوين المجرات وأصل البنية الكونية. وسيواصل مرصد فيرا سي روبين في تشيلي مسح السماء الجنوبية لدراسة المادة المظلمة والأحداث السماوية العابرة المختلفة؛ وسوف يقوم مصفوفة الكيلومتر المربع (SKA)، وهو تلسكوب راديوي كبير للغاية تم بناؤه من خلال التعاون الدولي، بتحليل البنية واسعة النطاق للكون بحساسية غير مسبوقة. وفي الوقت نفسه، من المتوقع أيضًا أن تساعد الأساليب الجديدة مثل التعلم الآلي العلماء على بناء نماذج كونية جديدة يمكنها تفسير هذه "الملاحظات الشاذة".
في الوقت الحالي، الإشارة الأكثر أهمية من هذا البحث هي أن الكون قد يكون أكثر تعقيدًا بكثير مما كنا نعتقد، وأنه قد لا يكون بهذه البساطة، أو التناسق، أو التجانس. إذا أكدت ملاحظات المتابعة هذه النتائج بشكل أكبر، فلن يحتاج البشر إلى إعادة فحص النموذج الكوني القياسي الحالي فحسب، بل قد يضطرون أيضًا إلى إعادة كتابة الفهم الكامل لدور الطاقة المظلمة في تطور الكون.