مطالعه جدید داده‌های ابرنواخترها نشان می‌دهد که انرژی تاریک ممکن است توهم باشد

در مدل استاندارد، انرژی تاریک عاملی است که باعث انبساط جهان می‌شود. در نسبیت عام، این مفهوم از طریق یک ثابت کیهان‌شناسی توصیف می‌شود و انرژی تاریک بخشی از ساختار فضا و زمان محسوب می‌شود. اما با گردآوری شواهد مشاهداتی بیشتر، مشکلاتی در این مدل آشکار شده است. به‌عنوان مثال، نرخ انبساط کیهانی که مشاهده می‌کنیم، به روش مشاهده‌ای که استفاده می‌کنیم وابسته است؛ مشکلی که به “تنش هابل” معروف است. علاوه بر این، در حالی که فرض می‌کنیم انرژی تاریک در سراسر کیهان یکنواخت است، شواهدی وجود دارد که نشان می‌دهد این فرض ممکن است نادرست باشد. اکنون یک مطالعه جدید استدلال می‌کند که کل این درک اشتباه است و نویسندگان آن معتقدند انرژی تاریک وجود ندارد.

بیایید با آنچه می‌دانیم شروع کنیم. وقتی به فضای کیهانی در فاصله میلیاردها سال نوری نگاه می‌کنیم، می‌بینیم که ماده به‌صورت توده‌هایی در کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی تجمع یافته است؛ به‌طوری که جهان شامل توده‌های ماده‌ای است که با فضاهای خالی عظیمی جدا شده‌اند. در مقیاس کوچک، این به معنای توزیع ناهموار ماده است. اما در مقیاس بزرگ‌تر، مثلاً در حدود یک میلیارد سال نوری، توزیع متوسط ماده همگن می‌شود. به بیان کلی، کیهان در مقیاس بزرگ همگن و بدون جهت‌گیری خاص است. این ویژگی با عنوان اصل همگنی شناخته می‌شود. با اعمال این اصل به انبساط کیهانی، می‌توان جهان را با استفاده از متریک فریدمان–لمتر–رابرتسون–واکر (FLRW) مدل‌سازی کرد، که در آن انرژی تاریک به‌عنوان یک ثابت کیهان‌شناسی در نظر گرفته می‌شود.

مخالفان مدل استاندارد معتقدند که این اصل نمی‌تواند برای انبساط کیهانی اعمال شود. برخی حتی می‌گویند که اصول پایه نسبیت عام را نمی‌توان در مقیاس کیهانی به‌کار برد. در یکی از این مدل‌ها به نام مدل تایمزکیپ (Timescape)، استدلال می‌شود که انرژی تاریک اصل هم‌ارزی را نقض می‌کند. از آنجا که این اصل انرژی لَختی و انرژی گرانشی را معادل می‌داند، هیچ راهی برای تمایز انبساط کیهانی به‌عنوان یک اثر واقعی وجود ندارد. علاوه بر این، ازآنجاکه می‌دانیم میدان‌های گرانشی بر نرخ زمان تأثیر می‌گذارند، مدل تایمزکیپ استدلال می‌کند که کیهان نمی‌تواند در زمان همگن باشد. اساساً، این مدل می‌گوید که در چاه گرانشی یک خوشه کهکشانی، ساعت‌ها کندتر از فضاهای خالی عظیم کیهانی حرکت می‌کنند. این اختلاف زمانی در طول میلیاردها سال تاریخ کیهانی تجمع می‌یابد و باعث ایجاد تنوع زمانی در سراسر کیهان می‌شود. این تفاوت زمانی همان چیزی است که ظاهر انبساط کیهانی را ایجاد می‌کند.

در این مطالعه جدید، نویسندگان از داده‌های Pantheon+ مربوط به ابرنواخترهای نوع Ia استفاده کردند تا ببینند این داده‌ها با مدل کیهان‌شناسی استاندارد بهتر تطابق دارند یا با مدل تایمزکیپ. تفاوت اصلی این دو مدل در این است که در مدل استاندارد، انبساط کیهانی باید یکنواخت باشد، در حالی که در مدل تایمزکیپ، انبساط کیهانی نمی‌تواند یکنواخت باشد. یافته‌های تیم نشان داد که اگرچه داده‌های Pantheon+ هر دو مدل را پشتیبانی می‌کنند، تطابق داده‌ها با مدل تایمزکیپ کمی بهتر است. به‌عبارت دیگر، بهترین تطابق داده‌ها نشان می‌دهد که انرژی تاریک یک توهم است، اما این تطابق به‌اندازه‌ای قوی نیست که مدل استاندارد را رد کند.

اگر مشاهدات آینده همچنان از مدل تایمزکیپ حمایت کنند، درک ما از جهان دگرگون خواهد شد. اما دلایلی برای احتیاط وجود دارد. ابتدا اینکه مدل تایمزکیپ تنها یکی از بسیاری از مدل‌های جایگزین پیشنهادی برای مدل استاندارد است که این مطالعه به آن‌ها نمی‌پردازد. همچنین مدل تایمزکیپ دارای برخی مسائل داخلی است که باید حل شوند تا به‌عنوان مدل کیهان‌شناسی جدید پذیرفته شود. اما اکنون مشخص است که نمی‌توانیم نادیده بگیریم که مدل استاندارد ممکن است اشتباه باشد. ما وارد دوره‌ای هیجان‌انگیز در نجوم می‌شویم که در آن دانش ما درباره کیهان به‌طور چشمگیری افزایش خواهد یافت.