سرعت گسترش کیهان بیش از برآوردهای پیشین است- آیا فیزیک ناشناخته‌ای در کارست؟

* بر پایه‌ی داده‌های تازه‌ی تلسکوپ فضایی هابل، کیهان دارد بسیار سریع‌تر از چیزی که انتظار می‌رفت گسترده می‌شود- و اخترشناسان می‌گویند شاید برای توضیح چرایی این سرعت نیاز به بازنویسی قوانین فیزیک داشته باشیم.

دانشمندان به کمک تلسکوپ فضایی هابل سنجش‌های دقیقی از نرخ گسترش (انبساط) کیهان انجام داده‌اند. ولی یافته‌های این رصدهای تازه با پیش‌بینی‌های گذشته ناهمخوانی دارد؛ پیش‌بینی‌های گذشته بر پایه‌ی مسیر گسترش کیهان اندکی پس از مهبانگ انجام شده بود.

پژوهشگران ۱۹ کهکشان، از جمله ان‌جی‌سی ۳۹۲ (چپ) و ان‌جی‌سی ۱۰۱۵ (راست) که به ترتیب، ۶۵ و ۱۱۸ میلیون سال نوری از زمین دورند را بررسی کردند. هر دو کهکشان دارای ستارگان متغیر قیفاووسی هستند که به پژوهشگران امکان دادند فاصله‌‌شان را اندازه بگیرند. اندازه‌ی بزرگ‌تر

تازه‌ترین یافته‌های تلسکوپ فضایی هابل که سنجش استوارتری از نردبان فاصله‌های کیهانی فراهم می‌کند، یک ناسازگاری آزاردهنده را نشان می‌دهد- بر پایه‌ی این یافته‌ها، نرخ گسترش کیهان سریع‌تر از چیزیست که از روی مسیر دیده شده‌اش اندکی پس از مهبانگ انتظار می‌رفت. پژوهشگران احتمال می‌دهند فیزیک تازه‌ای برای توضیح این ناسازگاری نیاز باشد.

آدام ریس، برنده‌ی نوبل و پژوهشگر اصلی می‌گوید: «اخترشناسان واقعا در توضیح این ناسازگاری سر در گم شده‌اند.» ریس اخترشناس بنیاد علمی تلسکوپ فضایی و استاد دانشگاه جانز هاپکینز است.

در این پژوهش، دانشمندان به کمک هابل فاصله‌ی دیگر کهکشان‌ها را با بهره از ستارگانی اندازه گرفت که درخشندگی متغیری دارند. این ستارگان که به نام متغیرهای قیفاووسی شناخته می‌شوند، به گونه‌ای پیش‌بینی‌پذیر کم‌نور و پرنور می‌شوند و پژوهشگران از این راه می‌توانند فاصله‌شان را اندازه بگیرند. سپس پژوهشگران با بهره از این داده‌ها نرخ گسترش کیهان که به نام ثابت هابل شناخته می‌شود را اندازه گرفته شد.

هشت متغیر قیفاووسی در کهکشان راه شیری که در این پژوهش به کار رفتند تا ۱۰ برابر دورتر از همه‌ی ستارگانی از این گونه بودند که تاکنون بررسی شده. بررسی آن قیفاووسی‌ها سخت‌تر از دیگران بوده زیرا میان ۶۰۰۰ تا ۱۲۰۰۰ سال نوری از زمین فاصله داشته‌اند. برای به دست آوردن این فاصله، پژوهشگران یک شگرد تازه پدید آوردند که به هابل اجازه می‌داد به گونه‌ی دوره‌ای، جایگاه یک ستاره را با نرخ ۱۰۰۰ بار در دقیقه بسنجد و از این راه، درخشندگی واقعی ستاره و فاصله‌ی آن با دقتی بیشتر اندازه گرفته شود.

این پژوهشگران یافته‌های خود را با داده‌های گذشته که از ماهواره‌ی اروپایی پلانک به دست آمده بود مقایسه کردند. پلانک در چهار سال ماموریتش، نقشه‌ی تابش زمینه‌ ریزموج کیهان (سی‌ام‌بی) که یادگار مهبانگ است را تهیه کرده بود. داده‌های این ماهواره نشان می‌داد که ثابت هابل میان ۶۷ و ۶۹ کیلومتر بر ثانیه بر مگارپارسک است (هر مگاپارسک حدود ۳ میلیون سال نوریست).

ولی ثابت هابل بر پایه‌ی داده‌های پلانک حدود ۹ درصد کمتر از ثابت پلانکیست که از داده‌های تازه‌ی هابل به دست آمده- این داده‌های تازه ثابت هابل را ۷۳ کیلومتر بر ثانیه بر مگاپارسک برآورد می‌کنند، و این نشان می‌دهد که کهکشان‌ها دارند سریع‌تر از چشمداشت‌ها حرکت می‌کنند.

ریس می‌گوید: «هر دو یافته از چندین راه آزموده شده‌اند، پس سوای یک رشته اشتباهات نامرتبط، احتمال فزاینده‌ای هست که این یک اشکال در داده‌ها نیست بلکه یک ویژگی کیهان است.»

یک توضیح احتمالی برای ناهمخوانی می‌تواند این باشد که انرژی تاریک (نیروی رازگونه‌ای که شتاب گسترش کیهان به آن نسبت داده شده) دارد کهکشان‌ها را با شدت بیشتری هل می‌دهد و از هم دور می‌کند. در این صورت، مقدار شتاب گسترش کیهان می‌تواند ثابت نباشد و با گذشت زمان تغییر کند.

پژوهشگران نرخ گسترش کیهان را با اندازه‌گیری فاصله‌ی چند ستاره‌ی متغیر قیفاووسی بسیار دوردست به دست اوردند. درخشندگی این ستارگان با نظمی تغییر می‌کند که به دانشمندان امکان می‌دهد فاصله‌شان را اندازه بگیرند. این هشت قیفاووسی تازه ۱۰ برابر دورتر از قیفاووسی‌های پژوهش‌های گذشته بودند. پژوهشگران سپس درخشش این ستارگان را با ابرنواخترهای درون کهکشانشان، و با درخشندگی ابرنواخترهای کهکشان‌های دورتر همسنجیدند (مقایسه کردند). در اندازه‌ی بزرگ‌تر

احتمال دیگر اینست که برهمکنش ماده‌ی تاریک با ماده‌ی معمولی یا تابش نیرومنتر از چیزیست که پنداشته می‌شد- ماده‌ی تاریک جوهره‌ای نادیدنیست که ۸۰ درصد ماده‌ی (جرم) درون کیهان را تشکیل داده.

یک احتمال دیگر وجود یک ذره‌ی زیراتمی تازه است که با سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کند و تنها گرانش بر آن اثر دارد. پژوهشگران ذرات ابَرسریع را نوترینوی سترون (یا نوترینوی نازا) نامیده‌اند، و همه‌ی آنها را به عنوان تابش تاریک می‌شناسند.

نمایندگان بنیاد علمی تلسکوپ فضایی می‌گویند: «هر یک از این احتمال‌ها می‌تواند محتوای کیهان آغازین را تغییر دهد و به ناهماهنگی‌ها و تناقض‌هایی در مدل‌های نظری بیانجامد. این ناهماهنگی‌ها می‌توانند مقدار غلطی برای ثابت هابلی که بر پایه‌ی مشاهدات کیهان آغازین به دست آمده در پی بیاورند که با ثابت هابل بر پایه‌ی مشاهدات تلسکوپ هابل ناسازگار باشد.»

این دانشمندان می‌خواهند با بهره از داده‌های هابل و رصدخانه‌ی فضایی اروپایی گایا جایگاه و فاصله‌ی دقیق ستارگان را بسنجند و برآوردهای نرخ گسترش کیهان را بهبود ببخشند. گزارش این پژوهش در نشریه‌ی آستروفیزیکال جورنال منتشر شده است.

--------------------------------------------

تلگرام و توییتر یک ستاره در هفت آسمان:

telegram.me/onestar_in_sevenskies

twitter.com/1star_7sky

واژه‌نامه: 

Hubble Space Telescope - rate - Big Bang - Space Telescope Science Institute - STScI - Adam Riess - Nobel - Johns Hopkins University - galaxy - epheid variable - Hubble constant - Milky Way galaxy - Earth - star - European Space Agency - ESA - Planck satellite - cosmic microwave background - megaparsec - dark energy - dark matter - subatomic particle - speed of light - sterile neutrino - dark radiation - The Astrophysical Journal - Gaia - NGC 3972 - NGC 1015

منبع: Space.com

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان