سلام نو – سرویس علم و فناوری: داده های جدید تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا معما را در مورد سرعت انبساط کیهان عمیق‌تر کرده است. این کشف به ما می‌گوید که ممکن است به علم فیزیک ناشناخته‌ای برای توضیح این معمای کیهانی نیاز باشد.
جهان از زمانی که در حدود ۱۳.۸ میلیارد سال پیش متولد شد، به انبساط در هر جهت ادامه داده است. با تجزیه و تحلیل نرخ فعلی انبساط کیهانی که به ثابت هابل معروف است، محققان می‌توانند سن جهان و جزئیات احتمالی سرنوشت آن را تخمین بزنند؛ جزئیاتی مانند اینکه آیا جهان برای همیشه منبسط می شود، بر روی خود فرو می‌پاشد یا حتی از هم خواهد گسست.
محققان از دو استراتژی اولیه برای اندازه گیری ثابت هابل استفاده می کنند. یکی از اجرام نزدیک که دانشمندان خواص آنها را به خوبی می‌دانند، مانند ابرنواخترها و ستارگان تپنده به نام متغیرهای دلتا قیفاووسی، نظارت می‌کند تا فاصله آنها و سرعت دور شدن آنها از ما را تخمین بزند. روش دیگر پس‌زمینه مایکروویو کیهانی، تابش باقی‌مانده از انفجار بزرگ را بررسی می‌کند تا شرایط اولیه کیهان را مطالعه کند و تخمین بزند که جهان از همان زمان اولیه چقدر سریع منبسط شده است.
به طور غیرمنتظره، در دهه گذشته، این دو روش دو نتیجه متناقض را به همراه داشته است. مشاهدات پس‌زمینه مایکروویو کیهانی از رصدخانه فضایی پلانک اروپا نشان می‌دهد که جهان با سرعتی در حدود ۶۷.۴ کیلومتر در ثانیه در هر مگاپارسک (فاصله‌ای معادل ۳.۲۶ میلیون سال نوری) در حال انبساط است. در مقابل، داده‌های ابرنواخترها و ستاره‌های قیفاووسی نزدیک به سرعت ۷۳ کیلومتر در ثانیه در هر مگاپارسک را نشان می‌دهد.
حل این بحران که به تنش هابل معروف است، می تواند تکامل و سرنوشت کیهان را روشن کند. یک احتمال، به سادگی، این است که یک یا چند روش برای تخمین این عدد بحرانی ناقص است.
آدام ریس، اخترفیزیکدان مؤسسه علمی تلسکوپ فضایی در بالتیمور، که در سال ۲۰۱۱ جایزه نوبل فیزیک را برای کمک به کشف سرعت گرفتن گسترش کیهان برنده شد، می‌گوید: «این امید وجود داشت که این خطا صرفا یک خطای اندازه‌گیری باشد و از بین برود.
در مطالعه جدید، ریس و همکارانش بر وضوح چشم‌گیر جیمز وب تکیه کردند. آنها بیش از ۳۲۰ متغییر دلتا قیفاووسی را در دو کهکشان مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند؛ کهکشان - NGC ۴۲۵۸ در فاصله ۲۳ میلیون سال نوری از ما و NGC ۵۵۸۴ در فاصله ۱۰۰ میلیون سال نوری از ما.
محققان دریافتند که وب در مقایسه با تلسکوپ فضایی هابل تقریباً سه برابر پیشرفت در دقت را نشان داده است. ریس می گوید:«من با رشد ۲۰ درصدی هم راضی بودم، بنابراین ضریب سه واقعاً فوق العاده است».
با این وجود، مشاهدات جدید تا حد زیادی با تخمین‌های فاصله قبلی هابل مطابقت داشت. جان بلیکزلی، اخترشناس آزمایشگاه ملی تحقیقات نجوم نوری مادون قرمز در توسانِ آریزونا، که در این مطالعه شرکت نکرد، می‌گوید: «نتایج اولیه آزمایش JWST را رد می‌کنند».
ریس می‌گوید: در برخی مواقع، باید بگویید که این یک خطای اندازه‌گیری نیست- و اگر چنین است، چیز بسیار جالبی در مورد جهان می‌گوید. این واقعا معمایی عمیق است، اما خوب است
عملکرد ناشناخته کیهان
یافته های جدید نشان می دهد که تنش هابل ممکن است به دلیل چیزی اساسی‌تر از عدم دقت باشد. اگر هر دو مقدار درست باشد، ستاره شناسان بخشی از اطلاعات را در مورد چگونگی رشد جهان ندیده و از دست داده‌اند.
داده‌های ابرنواخترهای مجاور و ستاره‌های قیفاووسی نشان می‌دهد که انبساط بر اساس شرایط جوانی جهان که در پس‌زمینه مایکروویو کیهانی منعکس می‌شود، سریع‌تر از حد انتظار شتاب می‌گیرد. این شتاب افزایش‌یافته حتی بیشتر از آن چیزی است که محققان در حال حاضر می‌توانند با انرژی تاریک توضیح دهند، نیروی اسرارآمیزی که نظریه‌پردازان معتقدند انبساط پرشتاب جهان را هدایت می‌کند.
پیر کرولا، ستاره شناس رصدخانه پاریس که در این مطالعه شرکت نکرده است، می گوید: ما یک واگرایی آشکار بین مشاهدات و مدل غالب جهان داریم. اکنون محتمل‌تر می‌شود که مشکل در مدل ما از دنیا باشد تا در مشاهدات.
کرولا می‌گوید: «یک توضیح ممکن این باشد که نظریه گرانشی که ما استفاده می‌کنیم مشکلی وجود داشته باشد - نسبیت عام». کرولا توضیح می‌دهد که مقدار ثابت هابل حاصل از پس‌زمینه مایکروویو کیهانی به مدلی بر اساس نسبیت عام بستگی دارد.
ریس خاطرنشان می کند که احتمال دیگر این است که شکلی از انرژی تاریک که قبلاً مدنظر نبود، ممکن است در کیهان اولیه وجود داشته باشد. یا ممکن است در طول زمان در طبیعت انرژی تاریک تغییراتی اتفاق افتاده باشد و انرژی تاریک دوران جوانی جهان و دوران گسترش آن رفتار متفاوتی داشته باشند.
ریس می‌گوید: «ایده‌های زیادی وجود دارد و هر کدام مزایا و معایبی دارند. در حال حاضر هیچ کدام جواب نداده‌اند و مانند کفش سیندرلا به پای دخترهایی که پیدا کردیم نمی‌خورند!
سرنخ‌های دیگر
اخیراً دانشمندان تکنیک دیگری را برای اندازه‌گیری ثابت هابل توسعه داده‌اند که ممکن است به روشن کردن این معما کمک کند. این تکنیک‌ها متکی بر امواج گرانشی و موج‌های موجود در بافت فضا و زمان است که هنگام شتاب گرفتن جرم ایجاد می‌شود.
در سال ۲۰۱۷ دانشمندان امواج گرانشی ناشی از برخورد ستارگان نوترونی را شناسایی کردند. از نظر تئوری می توان از این امواج برای تعیین دقیق فاصله تصادفات از زمین استفاده کرد، در حالی که نور حاصل از برخوردها می تواند سرعت حرکت آنها را نسبت به زمین نشان دهد. محققان می توانند از هر دو این مجموعه داده ها برای محاسبه ثابت هابل استفاده کنند.
یافته های اولیه با استفاده از این روش نشان می دهد که مقدار ثابت هابل نزدیک به ۷۰ کیلومتر در ثانیه در هر مگاپارسک است - درست در بین دو روش دیگر. تجزیه و تحلیل سقوط بین حدود ۵۰ جفت ستاره نوترونی در ۵ تا ۱۰ سال آینده ممکن است داده های کافی برای نتایج قطعی‌تر به محققان بدهد.
منبع: نشنال جئوگرافی
نظر شما