كیهان‌شناسی در لبه تغییر؟ درك دانشمندان از انرژی تاریك ممكن است به‌كلی اشتباه باشد

كیهان‌شناسی در لبه تغییر؟ درك دانشمندان از انرژی تاریك ممكن است به‌كلی اشتباه باشدنجوم و فضاعلمیجمعه ۳۱ فروردین ۱۴۰۳ - ۱۷:۰۰مطالعه 6 دقیقهمیلاد میركانیتبلیغاتتبلیغاتتبلیغاتمدل استاندارد كیهان‌شناسی می‌گوید قدرت انرژی تاریك باید ثابت باشد؛ اما یافته‌های غیرقطعی نشان می‌دهند كه این نیرو ممكن است ضعیف شده باشد .

تبلیغاتچهارم آوریل، اخترشناسانی كه بزرگ‌ترین و دقیق‌ترین نقشه‌‌ی سه‌بعدی ساخته‌شده تاكنون از تاریخ كیهان را ترسیم كرده‌اند، اعلام كردند كه ممكن است در درك خود از انرژی تاریك، نیروی اسرارآمیز عامل تسریع انبساط جهان، نقص بزرگی پیدا كرده باشند .

انرژی تاریك به‌عنوان یك نیروی پایدار در جهان، هم در دوران كنونی و هم درطول تاریخ كیهان فرض شده است؛ اما داده‌های جدید نشان می‌دهد كه انرژی تاریك ممكن است تغییرپذیرتر باشد، درطول زمان قوی‌تر یا ضعیف‌تر، معكوس یا حتی ناپدید شود .

آدام ریس، اخترشناس در دانشگاه جانز هاپكینز و موسسه علوم تلسكوپ فضایی در بالتیمور كه در مطالعه‌ی جدید مشاركت نداشت، به‌نقل از نیویورك‌تایمز می‌گوید: «یافته‌ی جدید ممكن است اولین سرنخ واقعی باشد كه در ۲۵ سال گذشته در مورد ماهیت انرژی تاریك به‌دست آورده‌ایم .

» ریس در سال ۲۰۱۱ به‌همراه دو اخترشناس دیگر به پاس كشف انرژی تاریك، جایزه نوبل فیزیك را از آن خود كرد.نتیجه‌گیری اخیر در صورت تایید می‌تواند اخترشناسان و سایر دانشمندان را از پیش‌بینی تلخ سرنوشت نهایی جهان نجات دهد .

اگر انرژی تاریك درطول زمان تاثیری ثابت داشته باشد، درنهایت تمام ستارگان و كهكشان‌ها را چنان از یكدیگر دور می‌كند كه حتی ممكن است اتم‌ها از هم بپاشند و جهان و كل حیات درون آن، نور و انرژی برای همیشه نابود شوند .

درعوض، به‌نظر می‌رسد كه انرژی تاریك می‌تواند مسیر را تغییر دهد و كیهان را به سوی آینده‌ای پرحاصل‌تر هدایت كند.انرژی تاریك ممكن است درطول زمان قوی‌تر یا ضعیف‌تر، معكوس یا حتی ناپدید شودبااین‌حال، هیچ چیز قطعی نیست .

یافته‌ی جدید تقریبا یك در ۴۰۰ احتمال دارد كه تصادفی آماری باشد. به عبارت دقیق‌تر، درجه‌ی قطعیت كشف جدید سه سیگما است كه بسیار كمتر از استاندارد طلایی برای كشفیات علمی به نام پنج سیگما یا یك در ۱٫۷ میلیون است .

در تاریخ فیزیك، حتی رویدادهای پنج سیگما نیز هنگام ظهور داده‌های بیشتر یا تفسیرهای بهتر، بی‌اعتبار شدند.كشف اخیر گزارشی اولیه محسوب می‌شود و به‌صورت مجموعه‌ای از مقالات از سوی گروه مسئول پروژه‌ای بین‌المللی به نام «ابزار طیف‌سنجی انرژی تاریك» یا به اختصار DESI منتشر شده است .

این گروه به‌تازگی تلاشی پنج‌ساله را برای ساخت یك نقشه‌ی سه‌بعدی از موقعیت و سرعت ۴۰ میلیون كهكشان درطول ۱۱ میلیارد سال تاریخ كیهان آغاز كرده است. پژوهشگران نقشه‌ی اولیه‌ی خود را براساس اولین سال رصد از فقط شش میلیون كهكشان ساخته‌اند .

نتایج چهارم آوریل در نشست انجمن فیزیك آمریكا در ساكرامنتو در كالیفرنیا و در كنفرانسی در ایتالیا ارائه شد..h_iframe-aparat_embed_frame{position:relative;}.h_iframe-aparat_embed_frame .ratio{display:block;width:100%;height:auto;} .

h_iframe-aparat_embed_frame iframe{position:absolute;top:0;left:0;width:100%;height:100%;}توضیح ویدئو: پرواز تعاملی از میان میلیون‌ها كهكشان كه با استفاده از داده‌های ابزار طیف‌سنجی انرژی تاریك (DESI) نقشه‌بردای شده‌اند .

مایكل لوی، مدیر DESI در بیانیه‌ای كه از سوی آزمایشگاه ملی لارنس بركلی، مركز ناظر بر پروژه منتشر شد، می‌گوید: «تا اینجا شاهد سازگاری اولیه با بهترین مدل خود از جهان هستیم؛ اما همچنین برخی تفاوت‌های بالقوه جالب را مشاهده می‌كنیم كه ممكن است نشانگر تكامل انرژی تاریك با گذشت زمان باشند .

»ناتالی پالانك-دلابرویل، اخترفیزیكدان آزمایشگاه لارنس بركلی و سخنگوی پروژه در مصاحبه‌ای گفت: «تیم DESI انتظار نداشت كه به این زودی‌ها به گنج برسد. سال اول نتایج صرفا برای تایید آنچه از قبل می‌شناختیم، طراحی شده بود .

تصور می‌كردیم اساسا مدل استاندارد را تایید خواهیم كرد.» اما ناشناخته‌ها درمقابل چشم پژوهشگران ظاهر شد.نقشه جدید پژوهشگران به‌طور كامل با مدل استاندارد سازگاری نداردوقتی دانشمندان‌های نقشه‌ی خود را با سایر داده‌های كیهان‌شناسی تركیب كردند، با شگفتی دریافتند كه به‌طور كامل با مدل استاندارد سازگاری ندارد .

این مدل فرض می‌كند كه انرژی تاریك پایدار و بدون تغییر است؛ درحالی‌كه انرژی تاریك متغیر با داده‌های جدید تناسب دارد. بااین‌حال، دكتر پالانك-دلابرویل، كشف جدید را سرنخی جالب می‌داند كه هنوز به مدرك قطعی تبدیل نشده است .

وندی فریدمن، اخترفیزیكدان دانشگاه شیكاگو كه تلاش‌های علمی برای اندازه‌گیری انبساط جهان را هدایت كرده است، نتایج تیم را یافته‌هایی فوق‌العاده توصیف می‌كند كه از پتانسیل گشودن دریچه‌ای تازه به سوی درك انرژی تاریك برخوردار هستند .

انرژی تاریك به‌عنوان نیروی غالب جهان، همچنان بزرگ‌ترین راز در كیهان‌شناسی محسوب می‌شود.تصویرسازی هنری از نور اختروش‌ها كه از میان ابرهای میان‌كهكشانی گاز هیدروژن گذر می‌كند. این نور سرنخ‌هایی را از ساختار كیهان دوردست ارائه می‌دهد .

NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld and DESI collaborationایده‌ی انرژی تاریك در سال ۱۹۹۸ مطرح شد؛ وقتی دو گروه رقیب از اخترشناسان، ازجمله دكتر ریس دریافتند كه سرعت انبساط جهان برخلاف انتظار اغلب دانشمندان، به‌جای آنكه كاهش یابد، درحال افزایش است .

مشاهدات اولیه ظاهرا نشان می‌داد كه انرژی تاریك درست مانند «فاج فكتور» معروفی كه با حرف یونانی لامبدا مشخص می‌شود، عمل می‌كند. آلبرت اینشتین لامبدا را در معادلاتش قرار داد تا توضیح دهد چرا جهان دراثر گرانش خود فرونمی‌پاشد؛ اما بعدا این اقدام خود را بزرگ‌ترین اشتباهش خواند .

بااین‌حال، اینشتین احتمالا خیلی زود قضاوت كرد. لامبدا همان‌طور كه اینشتین فرمول‌بندی كرده بود، خاصیت خود فضا بود: هرچه با انبساط جهان، فضای بیشتری پدید آید، انرژی تاریك بیشتری وجود دارد كه هرچه بیشتر فشار می‌آورد و درنهایت به آینده‌ای افسارگسیخته و بدون نور ختم می‌شود .

انرژی تاریك در مدل استاندارد با عنوان LCDM، متشكل از ۷۰ درصد انرژی تاریك (لامبدا)، ۲۵ درصد ماده تاریك سرد (مجموعه‌ای از ذرات بیگانه‌ی كم‌سرعت) و ۵ درصد ماده‌ی اتمی جای گرفت. این مدل هرچند اكنون از سوی تلسكوپ فضایی جیمز وب خدشه‌دار شده، هنوز اعتبارش را حفظ كرده است .

بااین‌حال چه می‌شود اگر انرژی تاریك آن‌طور كه مدل كیهان‌شناسی فرض می‌كند، پایدار نباشد؟بیشتر بخوانیدانرژی تاریك می‌تواند به بیگ‌بنگ دوم، سوم و حتی چهارم بینجامد13 اسفند 01مطالعه '3سیاه‌چاله‌ها ممكن است منبع انرژی تاریك اسرارآمیز باشند30 بهمن 01مطالعه '5مسئله مربوط به پارامتری به نام w، معیار مخصوص سنجش چگالی یا شدت انرژی تاریك است .

در نسخه‌ی اینشتین از انرژی تاریك، مقدار این پارامتر دركل حیات جهان به‌طور ثابت منفی یك باقی می‌ماند. كیهان‌شناسان در ۲۵ سال گذشته از این مقدار در مدل‌های خود استفاده كرده‌اند.آلبرت اینشتین لامبدا را در معادلاتش قرار داد تا توضیح دهد چرا جهان دراثر گرانش خود فرونمی‌پاشداما فرضیه‌ی اینشتین از انرژی تاریك صرفا ساده‌ترین نسخه است .

دكتر پالانك-دلابرویل می‌گوید: «با پروژه دسی اكنون به دقتی دست یافته‌ایم كه به ما امكان می‌دهد از آن مدل ساده فراتر برویم تا ببینیم آیا چگالی انرژی تاریك درطول زمان ثابت است یا با گذشت زمان نوسان می‌كند و تكامل می‌یابد .

»پروژه دسی كه ۱۴ سال در دست ساخت بوده، برای آزمایش ثبات انرژی تاریك به‌وسیله‌ی اندازه‌گیری سرعت انبساط جهان در زمان‌های مختلف در گذشته طراحی شده است. به منظور انجام این كار، دانشمندان یكی از تلسكوپ‌های رصدخانه ملی كیت پیك در آریزونای آمریكا را به پنج‌هزار آشكارساز فیبر نوری تجهیز كردند كه می‌توانند همزمان روی شمار زیادی از كهكشان‌ها طیف‌سنجی انجام دهند تا دریابند با چه سرعتی از زمین دور می‌شوند .

.h_iframe-aparat_embed_frame{position:relative;}.h_iframe-aparat_embed_frame .ratio{display:block;width:100%;height:auto;}.h_iframe-aparat_embed_frame iframe{position:absolute;top:0;left:0;width:100%;height:100%;}توضیح ویدئو: مدل متحرك سه‌بعدی از صفحه‌ی كانونی DESI در رصدخانه ملی كیت پیك .

حركت پنج‌هزار آشكارساز رباتیك به‌گونه‌ای طراحی شده است تا با یكدیگر برخورد نكنند.پژوهشگران از نوسانات در توزیع كیهانی كهكشان‌ها كه به «تغییرات آكوستیك باریونیك» معروف هستند، به‌عنوان معیار فاصله استفاده كردند .

امواج صوتی موجود در پلاسمای داغ انباشته‌شده در جهان، در زمانی كه فقط ۳۸۰هزار سال از عمر آن می‌گذشت، نوسانات را روی كیهان حك كردند. در آن زمان، نوسانات نیم میلیون سال نوری وسعت داشتند. ۱۳٫۵ میلیارد سال بعد، كیهان هزار برابر منبسط شده و نوسانات كه اكنون ۵۰۰ میلیون سال نوری وسعت دارند، به‌عنوان خط‌كش‌های مناسب برای اندازه‌گیری‌های كیهانی عمل می‌كنند .

دانشمندان دسی ۱۱ میلیارد سال گذشته‌ی كیهان را به ۷ بازه‌ی زمانی تقسیم كردند و برای هركدام، اندازه‌ی نوسانات و سرعت دورشدن كهكشان‌های موجود در آن‌ها از ما و از یكدیگر را اندازه گرفتند. وقتی پژوهشگران تمام داده‌ها را كنار هم قرار دادند، دریافتند كه این فرض كه انرژی تاریك ثابت است، برای توصیف انبساط جهان جوابگو نیست .

كهكشان‌ها در سه دوره‌ی اخیر نزدیك‌تر از آنچه باید باشند، به‌نظر آمدند؛ مشاهده‌ای كه نشان می‌دهد انرژی تاریك ممكن است با گذشت زمان درحال تكامل باشد.دكتر پالانك-دلابرویل می‌گوید: «درواقع سرنخی می‌بینیم كه نشان می‌دهد خواص انرژی تاریك با یك ثابت كیهانی ساده مطابقت ندارد و درعوض ممكن است دارای برخی انحرافات باشد .