کشف جدید پژهشگران درباره انرژی تاریک و سرنوشت کهکشان ما

رویداد۲۴ | سیما صابری: اخیراً یک پروژه جدید به نام «ابزار طیف‌سنجی انرژی تاریک» (DESI)  به کار افتاده است که البته نامیدن به این نام خود کمی جسارت می‌طلبد. زیرا انرژی تاریک کاملاً نامرئی است. هیچ نوری از خود تولید نمی‌کند که بتوان آن را با طیف‌سنج جمع‌آوری و تحلیل کرد. در واقع، تاکنون هرگز دیده نشده است و هر تلاشی که برای تصویر‌برداری یا ثبت آن با پیشرفته‌ترین تلسکوپ‌ها و آزمایش‌های آشکارساز انجام داده‌ایم، بی‌نتیجه بوده است.

تا جایی که ما می‌دانیم، انرژی تاریک چیزی است که قابل تشخیص نیست، در سراسر فضا به طور کاملاً یکنواخت پخش شده است و هیچ تعاملی با ماده یا نور ندارد. تنها عملکرد آن، از طریق مکانیزمی که هنوز مشخص نشده است. در واقع انرژی تاریک است که فضا را به طور فزاینده‌ای منبسط می‌کند.

پس چطور است که اولین داده‌های منتشر شده توسط DESI، همان‌طور که وعده داده شده بود، درک ما از انرژی تاریک را متحول می‌کند؟

بیشتر بخوانید: آیا سیاه چاله‌ ها می میرند؟

فقط تعداد کمی از دستاوردهای مشاهده‌ای وجود دارد که می‌توانیم بر چیزی به این اندازه گریزان مانند انرژی تاریک بدست آوریم. از آنجایی که تنها کاری که انرژی تاریک انجام می‌دهد، کشیدن و گسترش فضا-زمان است، آزمایش نظریه‌های مختلف در مورد ماهیت انرژی تاریک، شامل یادگیری چگونگی انجام این کشش در طول زمان کیهانی است.

یک روش، نقشه‌برداری از تاریخچه‌ی انبساط جهان است؛ روشی مرتبط با آن بررسی این است که ماده چگونه و با چه سرعتی در گذشته کیهانی ما به کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی تبدیل شده است.

اندازه‌گیری نرخ انبساط به طور کلی نیازمند ایجاد نقشه‌های سه‌بعدی بسیار دقیق از ماده در کیهان است؛ نقشه‌برداری از کهکشان‌های دور، کوازارها (انتشار نور درخشان از نزدیکی سیاهچاله‌های ابرپرجرم) یا گاز بین‌کهکشانی و اطلاعاتی درباره‌ی حرکت هر جسم.

در اینجا طیف‌سنجی وارد عمل می‌شود. با تحلیل طیف نور، می‌توانیم ببینیم که این نور چقدر کشیده شده است، به‌ویژه زمانی که منبع نور به دلیل انبساط کیهانی از ما دور می‌شود. اتصال این نرخ انبساط اندازه‌گیری شده به یک فاصله فیزیکی دقیق می‌تواند اطلاعات ارزشمندی در مورد تکامل کیهان به ما بدهد.

به گزارش رویداد۲۴ مدل‌سازی جدید منتشر شده توسط پژهشگران DESI سروصدای زیادی به پا کرده است، زیرا این مدل‌ها اشاره می‌کنند که انرژی تاریک ممکن است تاریخچه‌ای پیچیده‌تر از آنچه که معمولاً فرض می‌کنیم، داشته باشد. اگر این نشانه‌ها تأیید شوند، می‌توانند درک ما از تاریخچه‌ی کیهان و همچنین سرنوشت نهایی آن را تغییر دهند.

مدل استاندارد کیهان‌شناسی، بهترین حدس کنونی ما از مدل کیهان و اجزای آن را در بر می‌گیرد. در این مدل، انرژی تاریک یک ثابت کیهانی است: یک ویژگی ذاتی از فضا-زمان که یکنواخت و تغییرناپذیر است و اساساً کمی کشش را به هر بخش از فضا اضافه می‌کند.

با در نظر گرفتن انرژی تاریک به عنوان یک ثابت کیهانی، چگالی مشاهده‌شده انرژی تاریک همیشه در طول زمان یکسان باقی می‌ماند. برخلاف ماده که وقتی فضایی که در آن قرار دارد از طریق انبساط کیهانی بزرگ‌تر می‌شود، رقیق می‌شود، افزایش فضا تنها به معنای بیشتر شدن ثابت کیهانی در آن فضا است.

اگر انرژی تاریک چیزی پویا بود، به این معنا که چگالی یا رفتار آن در طول زمان تغییر می‌کرد، این تغییر در اندازه‌گیری‌های دقیق تاریخچه‌ی انبساط کیهان قابل مشاهده می‌بود.

پژوهش‌های DESI و سایر بررسی‌ها معمولاً نتایج انرژی تاریک خود را با استفاده از پارامتری به نام «معادله حالت»، که با نماد w نشان داده می‌شود، گزارش می‌دهند. اگر انرژی تاریک یک ثابت کیهانی باشد، انتظار داریم که مقدار w دقیقاً برابر با -1 باشد و این مقدار در طول زمان ثابت بماند. اگر w چیزی غیر از -1 باشد، یا به نظر برسد که در حال افزایش یا کاهش است، انرژی تاریک باید چیز دیگری باشد.

نتایج DESI یک معمای جالب را ارائه می‌دهند. وقتی فرض می‌شود که (w) ثابت است، مقدار (-1) به خوبی با نتایج سازگار است. اما زمانی که تحلیل تغییر می‌کند و احتمال تغییر (w) در نظر گرفته می‌شود، نتایج جدید DESI متفاوت به نظر می‌رسند. همراه با دیگر داده‌های به‌دست‌آمده از مطالعات ابرنواخترها، این نتایج به نظر می‌رسد که نشان می‌دهند w متغیر بوده، به‌طوری‌که در گذشته کمتر و در آینده بیشتر خواهد بود، و این حالت بهتر با داده‌ها مطابقت دارد.

این موضوع چه معنایی برای کیهان ما دارد، هنوز مشخص نیست. برای یک w ثابت، هر مقداری کمتر از -1 به نام «انرژی تاریک شبح‌وار» شناخته می‌شود، که نام ترسناکی است: زیرا این مفهوم دلالت بر آینده‌ای دور دارد که در آن انرژی تاریک می‌تواند کهکشان‌ها، منظومه‌های شمسی، ستارگان و حتی خود کیهان را از هم بدرد.

انرژی تاریک شبح‌وار توسط نظریه‌پردازان چندان محبوب نیست، زیرا به نظر می‌رسد برخی اصول بنیادی بسیار مهم را که احتمالاً در کیهان وجود دارند، نقض می‌کند. در حالی که نتایج جدید نشان می‌دهند که از رژیم شبح‌وار فاصله گرفته‌ایم، به نظر می‌رسد که آن اصول ممکن است در زمانی در گذشته کیهانی نقض شده باشند، که این موضوع بسیاری از نظریه‌پردازان را به چالش می‌کشد.

اگر w واقعاً در حال افزایش باشد، این موضوع ممکن است نشان دهد که اهمیت انرژی تاریک در طول زمان در حال کاهش است. این امر می‌تواند آینده کیهانی ما را به روش‌های ظریف اما جالبی تغییر دهد، شاید منجر به آینده‌ای شود که در آن انبساط کیهان دیگر شتاب نداشته باشد هرچند احتمالاً انبساط کیهان معکوس یا به‌طور کامل متوقف نمی‌شود.

نتایج DESI هنوز در حد نشانه‌هایی هستند که ممکن است در مطالعات آینده ناپدید شوند. با این حال، این امکان وجود دارد که انرژی تاریک به تازگی راه جدیدی برای شگفت‌زده کردن ما پیدا کرده باشد.