آیا گره از راز "گسترش کیهان" گشوده خوهد شد؟

جهان هستی به گونه‌ای پیوسته دارد گسترده می‌شود و این گسترش (انبساط) شتابدار هم هست ولی هنوز به درستی از نرخ (سرعت) آن آگاه نیستیم. برای برآورد نرخ گسترش کیهان دو دسته سنجش (اندازه‌گیری) داریم که با هم ناسازگارند؛ چیزی که می‌تواند نشانه‌ی نادرست بودن شناخت بنیادی ما از کیهان باشد. افزون بر این، دو تلاش تازه‌ی اخترشناسان برای حل این مساله هم ماجرا را پیچیده‌تر کرده.

نرخ شتاب گسترش کیهان با عددی توصیف می‌شود به نام ثابت هابل. ما برای برآورد این عدد کلیدی از دو مجموعه‌ی اصلی از داده‌ها بهره می‌گیریم: ۱) داده‌های مربوط به سنجش تابش زمینه‌ی ریزموج کیهان (سی‌ام‌بی) که یادگار نخستین نوری‌ست که به درون کیهان تابید، و ۲) سنجش‌های محلی که مربوط به رصد ابرنواخترها و دیگر اجرامِ به نسبت نزدیکمان است و سرعتی که کیهان دارد با گسترش خود، آنها را از ما دور می‌کند را اندازه می‌گیریم.

بررسی این دو دسته همواره به نتایج متفاوت انجامیده. داده‌های سی‌ام‌بی که از ماهواره‌ی پلانک به دست آمده نرخ شتابگیری گسترش کیهان را حدود ۹ درصد کمتر از نرخی که با بهره از داده‌های ابرنواخترها به دست آمده نشان می‌دهد.

سیمونه آیولا از بنیاد فلت‌آیرون در نیویورک به همراه همکارانش برای انجام رصدهای تازه و دقیق‌تری روی سی‌ام‌بی از "تلسکوپ کیهان‌شناسی آتاکاما" در شیلی بهره گرفتند. آنها با داده‌های به دست آمده ثابت هابل را اندازه گرفتند و به عددی سازگار با داده‌های ماهواره‌ی پلانک رسیدند.

آیولا می‌گوید: «این تنِش (اختلاف) به نظر می‌رسد واقعی است، زیرا اکنون دو دسته اندازه‌گیری برای سی‌ام‌بی داریم که [هر دو] با سنجش‌های محلی ناسازگارند. اگر این مقدار، عددی میان سنجش‌های پلانک و سنجش‌های محلی بود دردسرها بسیار بیشتر می‌شد.»

چنین چیزی احتمالِ درست بودنِ عدد سی‌ام‌بی برای ثابت هابل را بیشتر می‌کند، و نشان می‌دهد که یا سنجش‌های محلی به گونه‌ای اشتباهند، یا این که واقعا دو عدد با هم متفاوتند و دلیلش هم فیزیک ناشناخته‌ای‌ست که هنوز از آن آگاه نیستیم.

آنتونلا پالمیزی از آزمایشگاه شتابدهنده‌ی ملی فرمی (فرمی‌لب) در ایلینوی می‌گوید: «اگر تنِش واقعی باشد بسیار هیجان‌انگیز خواهد بود. امید اینست که برای توصیف کیهان نیاز به فیزیک تازه‌ای داریم و اکنون که سنجش‌هایمان دارد دقیق‌تر می‌شوند تازه کم کم داریم آن را می‌بینیم.»

پالمیزی و همکارانش برای به دست آوردن یک مقدار مستقل برای ثابت هابل به سراغ سنجش‌های امواج گرانشی رفته‌اند- چین و شکن‌هایی در بافت فضازمان در اثر حرکت اجرام بزرگ. آنها داده‌های سه ادغامِ اجرام پرجرم از آزمایشگاه تداخل‌سنج لیزری امواج گرانشی (لایگو) در آمریکا و آشکارساز ویرگو در ایتالیا را به کار بردند.

عددی که [برای ثابت هابل] به دست آوردند میان آن دو عددِ دیگر بود، ولی چون سنجش‌ها دقیق نبود، این مقدار با هر دو سازگار است. این نخستین تلاش نشان می‌دهد که امواج گرانشی می‌توانند کمکی بزرگ در گشودن گره این راز باشند، و پالمیزی می‌گوید پس از دور بعدیِ رصد لایگو و ویرگو -که به دلیل دنیاگیری کروناویروس به تاخیر افتاده- داده‌های کافی به دست خواهیم آورد که بتوانیم سنجش قطعی‌تری برای ثابت هابل انجام دهیم. 

[چندی پیش هم دانشمندانی برای اندازه‌گیری ثابت هابل به سراغ امواج گرانشی رفته بودند، که اینجا خواندید: * روشی تازه برای اندازه‌گیری "ثابت هابل"]

این می‌تواند در شناسایی هر گونه مشکلی در دیگر سنجش‌های محلی هم به ما کمک کند. پالمیزی می‌گوید: «این باید به سنجش‌های محلی نزدیک باشد ولی بدون تکیه بر آن گونه رصدها، بنابراین اگر مشکلی در سنجش‌های محلی باشد، می توانیم به کمک امواج گرانشی پیدایش کنیم.»

اگر با این رصدها هم تنش و اختلاف به جا ماند، معنایش این خواهد بود که گونه‌ای سازوکار فیزیکی ناشناخته وجود دارد که ثابت هابل را میانِ زمانی که تابش زمینه‌ی کیهانی گسیلیده شده بود و زمان کنونی تغییر داده. گمانه‌زنی‌های بسیاری برای چیستیِ احتمالیِ این فیزیک تازه انجام شده، از ویژگی‌های نامنتظره‌ی ماده‌ی تاریک و انرژی تاریک گرفته تا این احتمال که "شاید ما در گوشه‌ی شگفت‌انگیزی از کیهان زندگی می‌کنیم"، ولی پیش از این که بتوانیم با اطمینان بگوییم نیاز به نظریه‌ی فیزیکی تازه‌ای هست یا نه، باید سنجش‌های بیشتری انجام دهیم.

[یک احتمال دیگر برای این تفاوت، که چندی پیش مطرح شد اینست که شاید کیهان ناهمگن باشد. اینجا خواندید: * پاسخی احتمالی برای راز "انبساط کیهان"]

گزارش این دانشمندان در arxiv در دسترس است.

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

تلگرام و توییتر یک ستاره در هفت آسمان:

telegram.me/onestar_in_sevenskies

twitter.com/1star_7sky

واژه نامه:

Hubble constant - cosmic microwave background - CMB - supernova - cosmic expansion - Planck satellite - Simone Aiola - Flatiron Institute - New York - Atacama Cosmology Telescope - Chile - Antonella Palmese - Fermi National Accelerator Laboratory - Illinois - gravitational wave - Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory - LIGO - US - Virgo - Italy - coronavirus - pandemic - dark matter - dark energy - arxiv

منبع: نیوساینتیست

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان