افزايش سرعت گسترش جهان؛ بحراني در دنياي كيهان‌شناسي

جهان هستي بسيار سريع‌تر از آنچه كه دانشمندان تصور مي‌كردند در حال گسترش است و هيچكس نمي‌داند كه علت اين امر چيست. گروهي از پژوهشگران اين پديده‌ي عجيب را با به‌كارگيري فناوري جديد آينه‌هاي انعطاف‌پذير در تلسكوپ‌ها تأييد مي‌كنند. براساس مطالعه‌اي كه ماه گذشته در ماهنامه‌ي مجله‌ي Royal Astronomical Society منتشر شد، پژوهشگران موفق شدند تا سرعت دقيق گسترش جهان را اندازه‌گيري كنند. آن‌ها همچنين نشان دادند كه تصور دانشمندان از سرعت گسترش جهان مبني بر مدل استانداردي كه ده‌ها سال به آن رجوع مي‌كردند، درست نبوده است. كريس فسناخت، اختر فيزيكدان و از نويسندگان اين پژوهش، در بيانيه‌ي مطبوعاتي گفت: 

اين پديده از بحراني در دل كيهان‌شناسي به ما خبر مي‌دهد.

ساير پژوهش‌ها هم كه در اوايل سال جاري منتشر شده‌اند، به نتايج مشابهي دست يافتند. آدام ريس، از زمره‌ي دانشمندان برنده‌ي جايزه نوبل و از محققين مطالعه‌اي كه در ماه آوريل منتشر شد، در بيانيه‌ي مطبوعاتي گفت:

اطلاعات به‌دست آمده، با آنچه كه دانشمندان پيش‌تر تصور مي‌كردند تفاوت چشمگيري دارد و همواره اين اختلاف در حال افزايش بوده است؛ به‌طوري كه اكنون ناديده گرفتن آن غير ممكن به‌انديشه متخصصين مي‌رسد. 

آدام ريس همچنين افزود:

 احتمالا با كشف اين پديده، به هيجان‌انگيزترين پيشرفت در كيهان‌شناسي در دهه‌هاي اخير دست يافته باشيم.

جهان دائما در حال گسترش بوده و با بزرگتر شدن خود، كهكشان‌ها را از يكديگر دور مي‌سازد. براي ده‌ها سال دانشمندان تلاش كردند تا ببينند دنيا با چه سرعتي رشد و گسترش مي‌يابد؛ سرعتي كه آن‌را ثابت هابل يا آهنگ گسترش گيتي مي‌خوانند. پژوهشگران سعي دارند تا قطعات مختلفي از تاريخ كيهان را همچون يك پازل جمع‌آوري و سرهم كنند. آن‌ها اين كار را با استفاده از درخشش باقيمانده از بيگ بنگ يا انفجار بزرگ انجام مي‌دهند. بيگ بنگ در حدود ۱۳.۸ ميليارد سال پيش اتفاق افتاده و دانشمندان نام درخششي را كه هنوز از آن باقي مانده است، تابش زمينه‌ي كيهاني (CMB) نام‌گذاري كرده‌اند. 

درواقع دانشمندان با مطالعه تابش زمينه‌ي كيهاني علاوه‌بر مشاهده‌ي فواصل بسيار دور، به گذشته‌هاي بسيار دوردستي نگاه مي‌كنند؛ زيرا نور با سرعت ثابتي حركت مي‌كند. براي مثال، زماني‌كه به آسمان نگاه كرده و خورشيد را مشاهده مي‌كنيم، درواقع تصوير هشت دقيقه قبل خورشيد را مي‌بينيم. زيرا نوري كه از سطح خورشيد حركت مي‌كند تا به زمين برسد و در چشمان ما تصويري را تشكيل مي‌دهد، هشت دقيقه در مسير بوده است. بنابراين، زماني‌كه دانشمندان در حال مشاهده‌ي اجرامي در فواصل بسيار دوري هستند، تصويري كه نور از آنان ارائه مي‌كند، به زماني تعلق دارد كه جهان متولد مي‌شد. براساس اين مشاهدات، دانشمندان كشف كردند كه پس از بيگ بنگ جهان با سرعت بسيار زيادي گسترش يافت. سپس سرعت گسترش جهان كاهش پيدا كرد. گفته مي‌شود كاهش سرعت تحت تأثير جاذبه‌ي ناشي از ماده‌ي تاريك كه نيرويي نامرئي و مرموز به‌حساب مي‌آيد، رخ مي‌دهد. ماده‌ي تاريك ۸۵ درصد از كل مواد موجود در دنيا را تشكيل مي‌دهد.

اخيرا دانشمندان با اشكال  جديدي رو‌به‌رو شده‌اند. اندازه‌گيري‌هاي كنوني نشان مي‌دهد كه جهان با سرعت بسيار بالايي در حال گسترش است، به‌طوري كه با مدل‌هاي پيش‌بيني استاندارد مطابقت ندارد. مطالعه‌ي ريس در ماه آوريل نشان داد كه جهان ۹ درصد سريع‌تر از آنچه كه براساس تابش زمينه‌ي كيهاني پيش‌بيني شده بود، در حال گسترش است. وي در اين باره مي‌گويد:

 تعداد زيادي از آزمايش‌ها اين اختلاف را تأييد مي‌كنند. ما در آزمايش‌ها و اندازه‌گيري‌هاي خود اختلافي اساسي را شاهد هستيم. در يكي از آزمايش‌ها مطالعه كرديم كه جهان امروزي با چه سرعتي در حال گسترش است. طي آزمايش ديگري، براساس پيش‌بيني‌هاي فيزيك جهان اوليه، تخمين زديم كه سرعت گسترش جهان امروزي چقدر بايد باشد. اگر نتايج به دست آمده از اين دو آزمايش با يكديگر همخواني نداشته باشند، به احتمال زياد محاسبات ما اشكال دارد. 

فناوري جديد به‌كار رفته در تلسكوپ‌ها، وجود چنين اشكالي را تأييد مي‌كند؛ اما راهي براي مرتفع ساختن آن پيش روي دانشمندان قرار نمي‌دهد.

در پژوهش اخير از سيستمي استفاده شده كه در آن آينه‌هايي با گوشه‌ها و كناره‌هاي كروي‌شكل و صيقل داده شده به كار گرفته شده است. اين سيستم در رصدخانه كِك، هاوايي قرار دارد. در دستگاه يادشده آينه‌هاي انعطاف‌پذيري وجود دارد كه قادر به اصلاح تحريفات ناشي از جو زمين هستند و در نهايت تصاوير فوق‌العاده‌اي را با وضوح بالا از اجرام فضايي ارائه مي‌كند. در تصوير زير، تلسكوپ‌هاي Keck I و Keck II در Mauna Kea در هاوايي را مشاهده مي‌كنيد.

پژوهشگران با استفاده از تلسكوپ‌ها اختروَش يا كوازارهاي فعال و بسيار درخشاني را رصد كردند. آن‌ها با استفاده از روشي به‌نام عدسي گرانشي، كوازارها را مورد مطالعه قرار دادند و ميزان خمش نوري را كه به سمت زمين حركت مي‌كرد، هنگام عبور از كنار اجرام عظيم اندازه گيري كردند. يك جسم عظيم (مانند كهكشاني غول پيكر) مي‌تواند نور را به سوي جهات مختلفي منحرف كند. دانشمندان با استفاده از همين پديده مي‌توانند نسخه‌هاي متفاوت و تحريف شده‌اي از كوازار مورد مطالعه‌ي خود را كمي عقب‌تر در محور زمان مشاهد كنند.

سپس دانشمندان مي‌توانند با مقايسه‌ي تصاوير به دست آمده، مدت‌زماني را كه نورِ برخاسته از كوازارها در سفر است تا به زمين برسد، محاسبه كنند و اطلاعاتي را درباره‌‌ي ميزان گسترش جهان در همين مدت‌زمان به‌دست آورند. 

همچون پژوهش‌هاي گذشته، نتايج جديد نشان مي‌دهند كه سرعت گسترش جهان بيشتر از پيش‌بيني دانشمندان براساس مدل‌هاي استاندارد است. پژوهشگران نتايج خود را با اطلاعات به‌دست آمده از  تلسكوپ فضايي هابل (HST) مقايسه كردند؛ نتايج به دست آمده با اين اطلاعات مطابقت داشت. اخترفيزيكداني به‌نام شري سووي، در بيانيه‌ي مطبوعاتي درباره‌ي تحقيقات اخير گفت:

تفاوت در ميزان ثابت هابل ميان محاسباتي كه در زمان‌هاي گذشته و محاسبات جديد وجود دارد، نشان مي‌دهد كه مدل استاندارد امروزي دچار اشكال است.

به‌عنوان مثال، ممكن است چنين اشكالي ناشي از راز و رمزهايي در انرژي تاريك باشد يا شايد هم يك ذره‌ي نسبيتي جديد يا اساسا دنياي جديدي از فيزيك باشد كه هنوز كشف نشده است.

دانشمندان هنوز نمي‌دانند كه قطعه‌اي از پازل كه در محاسبات مدل‌هاي استاندارد امروزي گم شده است، چيست. بعضي از دانشمندان معتقدند اين قطعه مي‌تواند انرژي تاريك باشد؛ اصطلاحي كه براي نيروي نامرئي و مرموز به‌كار گرفته مي‌شود كه ۶۸ درصد از جهان را شكل مي‌دهد. شايد اين انرژي عاملي باشد كه در مقابل جاذبه‌ي ماده‌ي تاريك مقاومت كرده است و درنتيجه، سرعت گسترش جهان را افزايش داده باشد. 

فاسناخت اميدوار است دانشمندان با به‌كارگيري فناوري جديد آينه‌هاي انعطاف‌پذير در تلسكوپ‌ها اطلاعات دقيق‌تري در جست‌وجو براي يافتن قطعه‌ي گمشده‌ي پازل به‌دست آورند كه سبب اشكال در درك دانشمندان از جهان مي‌شود. وي در اين مورد مي‌گويد:

 احتمالا، بروز اين اشكال، دانشمندان را به سوي تشكيل مدل جامع‌تري از كيهان‌شناسي سوق خواهد داد.