تلسکوپ جیمز وب بر داده‌های هابل نظارت کرد و تأیید کرد که جهان با سرعت بیشتری در حال انبساط است

ستاره‌شناسان مدت‌ها در تلاش برای درک این مسئله بودند و حتی احتمال می‌دادند که شتاب ظاهری ناشی از خطاهای ابزارها باشد. اما تلسکوپ جیمز وب (JWST) این ابهام را برطرف کرد.

ادوین هابل، ستاره‌شناس آمریکایی، به‌طور گسترده به‌عنوان کاشف انبساط جهان شناخته می‌شود. اما این کشف در واقع از معادلات نسبیت سرچشمه گرفته و اولین بار توسط دانشمند روس، الکساندر فریدمن، مطرح شد. با این حال، قانون هابل به نام او ثبت شده است؛ زیرا او اولین کسی بود که انبساط جهان، موسوم به ثابت هابل، را تأیید کرد و مقدار دقیق‌تری برای آن تعیین نمود. این ثابت نشان‌دهنده سرعت دور شدن کهکشان‌هایی است که از نظر گرانشی به یکدیگر متصل نیستند. حرکت اجرام ناشی از این ثابت، جریان هابل نامیده می‌شود.

برای اندازه‌گیری ثابت هابل، نیاز به محاسبه فاصله اجرام دوردست است. ستاره‌شناسان برای این کار از نردبان فاصله کیهانی (CDL) استفاده می‌کنند. اما این روش مشکلاتی دارد.

اولین پله‌های این نردبان شامل اندازه‌گیری‌های بنیادی است که می‌توان آنها را مستقیماً مشاهده کرد. روش اختلاف منظر یکی از مهم‌ترین این اندازه‌گیری‌هاست، اما این روش در فواصل زیاد دچار محدودیت می‌شود.
برای فراتر از این فاصله‌ها، ستاره‌شناسان از شمع‌های استاندارد، مانند ابرنواخترها و متغیرهای قیفاووسی، استفاده می‌کنند که درخشندگی ذاتی آنها شناخته‌شده است. این اجرام به ستاره‌شناسان کمک می‌کنند فاصله سایر کهکشان‌ها را اندازه‌گیری کنند. هرچند اندازه‌گیری دقیق این فواصل دشوار بوده، اما پیشرفت فناوری به بهبود این فرآیند کمک کرده است.

دو مشکل دیگر نیز در این زمینه وجود دارد. اول اینکه تلسکوپ‌ها و روش‌های مختلف اندازه‌گیری‌های متفاوتی از فاصله ارائه می‌دهند. دوم اینکه اندازه‌گیری‌های ما از فاصله‌ها و انبساط با مدل استاندارد کیهان‌شناسی، معروف به مدل لامبدا ماده تاریک سرد (LCDM)، مطابقت ندارد. این اختلاف به نام “تنش هابل” شناخته می‌شود.

سؤال این است که آیا این اختلاف را می‌توان با تفاوت ابزارها توضیح داد؟ برای رفع این احتمال، باید مجموعه‌ای از اندازه‌گیری‌های فاصله با یک تلسکوپ را با اندازه‌گیری‌های تلسکوپی دیگر مقایسه کرد.

تحقیقات جدیدی در مجله The Astrophysical Journal به این مسئله پرداخته است. این پژوهش با مقایسه اندازه‌گیری‌های تلسکوپ فضایی هابل و JWST انجام شده است. عنوان مقاله چنین است: “تلسکوپ جیمز وب اندازه‌گیری‌های فاصله هابل را تأیید کرد: انتخاب زیرمجموعه ابرنواخترها تفاوت در تخمین‌های JWST از H0 محلی را توضیح می‌دهد“. نویسنده اصلی این تحقیق آدام ریس، استاد فیزیک و نجوم در دانشگاه جانز هاپکینز و برنده جایزه نوبل فیزیک در سال ۱۳۸۹ است.

تا سال ۱۴۰۰، تلسکوپ فضایی هابل بزرگ‌ترین نمونه از شمع‌های استاندارد را اندازه‌گیری کرده بود که شامل ۴۲ ابرنواختر در ۳۷ کهکشان میزبان می‌شد. این داده‌ها با مشاهده متغیرهای قیفاووسی کالیبره شده بودند. در این پژوهش، ستاره‌شناسان از تلسکوپ JWST برای بررسی متقابل داده‌های هابل استفاده کردند.

اندازه‌گیری‌های هر دو تلسکوپ به‌طور نزدیکی همخوانی داشتند و احتمال خطای ابزاری را به‌عنوان دلیل اختلاف با مدل لامبدا CDM به حداقل رساندند. این تحقیق نشان داد که اختلاف بین داده‌ها کمتر از ۲ درصد است، در حالی که اختلاف مربوط به تنش هابل ۸ تا ۹ درصد است.

این یافته‌ها نشان می‌دهد که مدل استاندارد کیهان‌شناسی چیزی را نادیده گرفته است. نرخ انبساط پیش‌بینی‌شده توسط این مدل حدود ۶۷ تا ۶۸ کیلومتر در ثانیه بر مگاپارسک است، اما مشاهدات تلسکوپی نرخ بالاتری، بین ۷۰ تا ۷۶ کیلومتر در ثانیه بر مگاپارسک، نشان می‌دهند.

آدام ریس در این باره می‌گوید: “اختلاف بین نرخ انبساط مشاهده‌شده جهان و پیش‌بینی‌های مدل استاندارد نشان می‌دهد که درک ما از جهان ممکن است ناقص باشد. با تأیید داده‌های یکدیگر توسط دو تلسکوپ برجسته ناسا، باید این مسئله (تنش هابل) را بسیار جدی بگیریم. این یک چالش است، اما همچنین فرصتی فوق‌العاده برای یادگیری بیشتر درباره جهان ما است.”

چه چیزی ممکن است در مدل لامبدا CDM گم شده باشد؟

مارک کامینکوفسکی، کیهان‌شناس از دانشگاه جانز هاپکینز، که خود نیز در محاسبات ثابت هابل نقش داشته، می‌گوید: “یک توضیح ممکن برای تنش هابل این است که چیزی در درک ما از جهان اولیه گم شده باشد، مانند یک مؤلفه جدید ماده – انرژی تاریک اولیه – که پس از بیگ بنگ نیرویی غیرمنتظره به جهان داده باشد.”
او همچنین اشاره می‌کند که ممکن است خواص عجیب ماده تاریک، ذرات ناشناخته، تغییر در جرم الکترون یا میدان‌های مغناطیسی اولیه در این زمینه نقش داشته باشند.

اکنون دروازه‌ای برای نظریه‌پردازان باز شده است؛ فقط باید از آن عبور کنند.