اگر این نتایج درست باشند، علم کیهانشناسی نیاز به یک مدل جدید خواهد داشت.
اخترشناسانی که بزرگترین نقشهی کیهان را بررسی کردهاند، به سرنخهایی رسیدهاند که نشان میدهد درک فعلی ما از جهان نیاز به بازنگری اساسی دارد.
در این پژوهش که نزدیک به ۱۵ میلیون کهکشان و اختروش (quasar) را در بازهای ۱۱ میلیارد ساله بررسی کرده، مشخص شده است که انرژی تاریک – نیرویی که تصور میشد ثابت است و باعث انبساط شتابدار جهان میشود – ممکن است در حال ضعیف شدن باشد.
این دادهها که توسط ابزار DESI گردآوری شدهاند، وقتی با اطلاعاتی از انفجارهای ستارهای، تابش زمینه کیهانی و عدسیگرانشی ضعیف ترکیب میشوند، چنین نشانههایی را نشان میدهند.
اگر این یافتهها تأیید شوند، به این معناست که یکی از مرموزترین نیروهای حاکم بر سرنوشت کیهان از آنچه پیشتر تصور میشد، عجیبتر است — و مدل فعلی کیهانشناسی ما ممکن است ایراد اساسی داشته باشد. این نتایج در چندین مقاله در پایگاه پیشچاپ arXiv منتشر شده و در ۲۹ اسفند در نشست فیزیک جهانی انجمن فیزیک آمریکا ارائه شدند، اما هنوز داوری علمی (peer-reviewed) نشدهاند.
دیوید اشلگل، فیزیکدان پروژه DESI در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی، میگوید:
«درست است که دادههای خود DESI با سادهترین توضیح ممکن برای انرژی تاریک، یعنی یک ثابت کیهانشناختی، سازگارند. اما نمیتوانیم دیگر دادههایی را که مربوط به گذشتهی دور و آیندهی کیهان هستند، نادیده بگیریم. وقتی این دادهها را با نتایج DESI ترکیب میکنیم، اوضاع عجیب میشود و به نظر میرسد انرژی تاریک باید ‘پویا’ باشد، یعنی با زمان تغییر میکند.»
کیهان در حال تحول
انرژی تاریک و مادهی تاریک دو مؤلفهی بسیار مرموز کیهان هستند که با هم حدود ۹۵٪ از جهان را تشکیل میدهند. اما چون با نور تعامل ندارند، نمیتوان آنها را بهصورت مستقیم مشاهده کرد.
با این حال، این دو مؤلفه پایههای مدل فعلی کیهانشناسی به نام لامبدای ماده تاریک سرد (Lambda-CDM) را تشکیل میدهند؛ مدلی که رشد کیهان را توصیف میکند و آیندهی آن را پیشبینی مینماید.
در این مدل، مادهی تاریک باعث نگهداشتن کهکشانها کنار هم میشود و انرژی تاریک دلیل شتاب گرفتن انبساط کیهان است.
اما با وجود انبوهی از مشاهدات از این پدیدههای فرضی، دانشمندان هنوز نمیدانند منشأ آنها چیست یا دقیقاً چه هستند.
در حال حاضر، بهترین توضیح نظری برای انرژی تاریک، نظریهی میدانهای کوانتومی است. این نظریه میگوید فضای خلأ مملو از میدانهای کوانتومی است که دائماً در حال نوسان هستند و باعث ایجاد انرژی در خلأ میشوند.
بعد از مهبانگ (Big Bang)، این انرژی با گسترش فضا افزایش مییابد و موجب میشود که کیهان سریعتر از هم گسیخته شود. این ایده به نظریهی «ثابت کیهانشناختی» پیوند خورده که آلبرت اینشتین آن را با نماد لامبدا (Λ) در نظریه نسبیت عام معرفی کرد.
اما پروفسور کاترین هایمنز، اخترفیزیکدان دانشگاه ادینبرو که در این پژوهش دخیل نبوده، میگوید:
«مشکل اینجاست که اعداد با هم جور در نمیآیند. اگر بر اساس نظریهی میدان کوانتومی بخواهیم مقدار انرژی خلأ را محاسبه کنیم، مقدار بهدستآمده بسیار بسیار بیشتر از چیزی است که در واقعیت اندازهگیری میشود.»
او افزود: «اینکه جهان ما را اینطور غافلگیر کرده، واقعاً هیجانانگیز است.»
اسکن تاریکیهای کیهان
برای بررسی اینکه آیا انرژی تاریک در طول زمان تغییر میکند یا نه، اخترشناسان به دادههای سهسالهی ابزار DESI مراجعه کردند؛ ابزاری که روی تلسکوپ ۴ متری نیکولاس مایال در آریزونا نصب شده است.
DESI موقعیت ماهانه میلیونها کهکشان را اندازهگیری میکند تا چگونگی انبساط کیهان را از گذشته تا امروز تحلیل کند.
این بررسی که شامل دقیقترین اندازهگیریها از حدود ۱۵ میلیون کهکشان و اختروش است، نتیجهای عجیب بهدست داد.
اگر فقط دادههای DESI را در نظر بگیریم، ناسازگاری آن با مدل Lambda-CDM ضعیف است و بهتنهایی کافی نیست تا آن مدل را رد کنیم.
اما وقتی این دادهها با دیگر منابع – مثل تابش زمینه کیهانی، ابرنواخترها و خمیدگی نور از کهکشانهای دور – ترکیب میشوند، احتمال اینکه انرژی تاریک در حال تغییر باشد، بیشتر میشود.
در واقع، این ناسازگاری به عدد آماری ۴.۲ سیگما میرسد؛ که فقط کمی پایینتر از آستانهی ۵ سیگماست – استانداردی که فیزیکدانها برای اعلام یک کشف جدید به کار میبرند.
مشخص نیست که این نتیجه در آینده با دادههای بیشتر تقویت خواهد شد یا محو میشود، اما بسیاری از اخترشناسان معتقدند احتمال دارد این اختلاف باقی بماند.
اشلگل میگوید:
«این دادهها نشان میدهند یا انرژی تاریک امروزه کماثرتر شده، یا در آغاز جهان قدرت بیشتری داشته است.»
اخترشناسان امیدوارند پاسخهای بیشتری را از مأموریتهای آینده دریافت کنند؛ مأموریتهایی که قرار است ماهیت ماده و انرژی تاریک را بررسی کنند. از جمله تلسکوپ فضایی Euclid، تلسکوپ Nancy Grace Roman ناسا و خود DESI که اکنون در چهارمین سال از پنج سال فعالیتش است و قرار است تا پایان پروژه، موقعیت ۵۰ میلیون کهکشان و اختروش را اندازهگیری کند.
آدام ریس، استاد اخترشناسی در دانشگاه جان هاپکینز و برندهی جایزه نوبل فیزیک ۱۳۸۹ که کشف انرژی تاریک را در سال ۱۳۷۷ رهبری کرد، میگوید:
«فکر میکنم منصفانه است اگر بگوییم این نتیجه، بزرگترین سرنخی است که طی حدود ۲۵ سال گذشته درباره ماهیت انرژی تاریک پیدا کردهایم. اگر تأیید شود، به این معناست که انرژی تاریک برخلاف تصور عمومی، منبعی ایستا نیست، بلکه چیزی بسیار عجیبتر است.»
