آیا انرژی تاریک با گذشت زمان تغییری می‌کند؟

* دانشمندان به این فکر افتاده‌اند که شاید "نیروی" اسرارآمیزی که به گسترش کیهان شتاب می‌دهد، در گذر زمان تغییر می‌کند.

چندیست که یک درگیری علمی بر سر یک پرسش کوچک ولی چشمگیر در اندازه‌گیر ی‌های نرخ گسترش (انبساط) کیهان به راه افتاده. نرخ کنونی که به نام ثابت هابل (H0- بخوانید: اچ-هیچ) شناخته می‌شود، پیوندی میان سرخگراییِ (انتقال به سرخ) طیف نور یک جرم و فاصله‌ی فیزیکی‌اش تعریف می‌کند. همچنین سن و اندازه، و همچنین چگالی لازم برای این که کیهان از دید هندسی تخت باشد را بیان می‌کند. [۱].

کوتاه سخن، این ثابت یک عدد به نسبت مهم است.
در این نمودار برخی از اندازه‌های ثابت کیهانی (نرخ گسترش کیهان) نشان داده شده. اینجا سه مقدار را می‌بینیم که با بهره از سنجش زمینه‌ی ریزموج کیهان به دست آمده (سمت چپ نمودار)، و چهار مقدار که با بررسی اجرام "نزدیک" به دست آمده (سمت راست نمودار). مقدارهای نشان داده شده در اینجا نتیجه‌ی پایه‌ی هر پژوهش هستند؛ هر یک از آنها می‌تواند با ترکیب اطلاعات چند دسته داده، دقیق‌تر شود.
گسترش کیهان یکی از بزرگ‌ترین یافته‌های سده‌ی ۲۰ بود. ولی با گذشت حدود یک سده، دانشمندان هنوز درباره‌ی نرخ کنونی آن به پاسخی قطعی نرسیده‌اند. کسانی که از تابش زمینه‌ی ریزموج کیهان برای این سنجش بهره می‌برند، این نرخ را حدود ۶۵ کیلومتر بر ثانیه بر مگاپارسک اندازه گرفته‌اند (km/s/Mpc، هر مگاپارسک هم‌ارز ۳.۲۶ میلیون سال نوریست). ولی آنهایی که از ابرنواخترها و اجرام کیهانیِ نزدیک‌تر کمک می‌گیرند، به نرخی حدود ۷۳ کیلومتر بر ثانیه بر مگاپارسک رسیده‌اند [نمودار را ببینید].

این اختلاف یادآور جدال دیگری در اواخر سده‌ی بیستم است که در آن، گروهی پشتیبان حدود ۵۰ کیلومتر بر ثانیه بر مگاپارسک بودند و گروهی دیگر پشتیبان حدود ۱۰۰ کیلومتر بر ثانیه بر مگاپارسک. پژوهش‌های دقیق وندی فریدمن از دانشگاه شیکاگو، و همکارانش به کمک تلسکوپ فضایی هابل به این جنگ و ستیز پایان داد.

اختلاف کنونی تنها می‌تواند مربوط به پژوهش‌ها و انگاشت‌ها باشد (حتی چه بسا زیر سر یک پوچی کیهانی). با این وجود فریدمن یادآوری می‌کند که بخشی از راه حل جدال پیشین، این کشف تاریخی بود که در نیمه‌ی گذشته‌ی تاریخ جهان، گسترش کیهان شتاب پیدا کرده. چیزی به نام "انرژی تاریک" تعریف شد که به این شتاب دامن می‌زند. اگرچه هنوز از چیستیِ انرژی تاریک چیزی نمی‌دانیم، ولی دیدگاه پرطرفدار اینست که آن را گونه‌ای انرژی در سرشتِ خودِ فضا بدانیم. اگر چنین باشد، با گسترش فضا، انرژی تاریک هم با آن افزایش می‌یابد و به جای آن که رقیق شود، چگالی‌اش دست نخورده می‌ماند.

آیا فیزیک نوین هم می‌تواند پشت درگیری کنونی باشد؟

گونگ-بو ژائو از آکادمی علوم چین و دانشگاه پورتسمورث بریتانیا، به همراه همکارانش به یافتن پاسخ این پرسش بر آمدند. آنها به بررسی این پرداختند که آیا این ناسازگاری تازه می‌تواند زیر سر یک "انرژی تاریکِ تغییرپذیر" باشد؟ انرژی تاریکی که نه تنها چگالی‌اش با گذشت زمان تغییر می‌کند، بلکه خودش هم به همین شیوه‌ی دگرگونی چگالی، با گذشت زمان تغییر می‌کند.

به زبان ریاضی، اگر چگالی انرژی تاریک ثابت بماند، معادله‌ی حالتش (w) برابر با ۱- خواهد بود. در این صورت این معادله‌ی حالت، ثابت کیهان‌شناسی خواهد شد: لامبدا (Λ) در الگوواره‌ی "ماده‌ی تاریک سرد لامبدا" (لامبدا-سی‌دی‌ام، ΛCDM)، نام رسمی چارچوب کیهان‌شناسی امروزی ما. مشاهدات کمابیش، از این مقدار پشتیبانی می‌کنند. اگر w بیشتر از ۱- باشد (برای نمونه، ۰.۹-) چگالی انرژی تاریک با گسترش کیهان به آهستگی کاهش خواهد یافت. و اگر w کمتر از ۱- باشد، چگالی انرژی تاریک با گسترش کیهان افزایش خواهد یافت.
گسترش (انبساط) کیهان حدود ۱۴ میلیارد سال پیش، با مهبانگ (انفجار بزرگ) آغاز شد. پس از گسترشی ناگهانی و کوتاه‌مدتی که به نام پندام (تورم) شناخته می‌شود، نرخ گسترش کیهان کمتر شد و سپس چند میلیارد سال بعد (برآوردها گوناگون است)، با چیره شدن انرژی تاریک بر گرانش، این گسترش شتاب گرفت.
کاری که گروه ژائو کردند بررسی این بود که آیا امکان دارد این معادله‌ی حالت در واقع ثابت نباشد و با گذشت زمانِ کیهان تغییر کرده و دامنه‌ای از wها پیدا کند؟ آنها با روی هم گذاشتن مشاهدات دیگران، محتاطانه این انگاشت را بررسی کردند تا ببینند مجموع داده‌هایشان چه نوع کیهانی را توصیف می‌کند.

در پژوهشنامه‌ی این گروه که روز ۲۸ اوت در نشریه‌ی نیچر آسترونومی انتشار یافته، نتیجه گرفته شده که مشکل اندازه‌های گوناگون H0 را می‌توان با در نظر گرفتن یک انرژی تاریکِ پویا حل کرد، انرژی تاریکی که معادله‌ی حالتش از ۱- کمتر و بیشتر می‌شود. ولی طرفداری اندکی که راه حل آنها در این پژوهش دارد، از دید آماری به اندازه‌ی کافی نیرومند نیست که بتوان آن را پاسخ درست و قطعی دانست.

خوشبختانه داده‌های بیشتر می‌تواند گره از این راز بگشاید. این دانشمندان به پیمایش "دستگاه طیف‌سنج انرژی تاریک" (دی‌ئی‌اس‌ال) می‌کند که از سال ۲۰۱۸ به هدف پدید آوردن یک نقشه‌ی سه بعدی از کیهان آغاز به کار خواهد کرد.

--------------------------------------------
 یادداشت:
۱] این مطلب را بخوانید: * ساختار کیهان ما چه شکلی دارد؟

--------------------------------------------
کانال تلگرام یک ستاره در هفت آسمان:

واژه نامه:
Hubble constant - H0 - redshift - spectra - cosmic microwave background - Wendy Freedman - University of Chicago - Hubble Space Telescope - void - dark energy - Gong-Bo Zhao - Chinese Academy of Sciences - University of Portsmouth - UK - equation of state - cosmological constant - lambda - Λ - ΛCDM - Nature Astronomy - Dark Energy Spectroscopic Instrument - DESI - 3D - Big Bang - inflation

منبع: skyandtelescope

0 دیدگاه شما:

Blogger template 'Browniac' by Ourblogtemplates.com 2008

بالای صفحه