برای نزدیک به یک قرن میدانیم که جهان در حال انبساط است. چندین دهه است که شواهدی نشان میدهند این انبساط با شتاب در حال افزایش است. یکی از ابزارهای کلیدی در این اندازهگیریها، «شمعهای استاندارد» هستند؛ رویدادهای آسمانی با درخشندگی ثابت که مانند نشانههای کیلومتری در جاده، برای اندازهگیری فاصلههای کیهانی به کار میروند. یکی از معروفترین شمعهای استاندارد، «ابرنواختر نوع Ia» است. اما پژوهشهای جدید نشان میدهند که شاید این شمع چندان هم «استاندارد» نباشد و این میتواند مشکل بزرگی باشد.
ابرنواختر نوع Ia زمانی شکل میگیرد که یک کوتولهی سفید منفجر شود. کوتولههای سفید آخرین مرحلهی عمر ستارگانی مانند خورشید ما هستند، پس از آنکه سوخت هستهای خود را تمام میکنند. این ستارگان معمولاً منفجر نمیشوند، اما اگر همدمی داشته باشند، میتوانند مقداری از جرم آن را بربایند. وقتی جرم کوتوله سفید از حد معینی فراتر میرود، بر اثر فروپاشی درونی، منفجر میشود. از آنجا که این آستانه جرم همیشه یکسان است، تصور میشد که درخشندگی انفجار هم همیشه برابر است. بنابراین، اگر ابرنواختری کمنورتر به نظر برسد، به این معناست که فاصلهی بیشتری از ما دارد. اما پژوهش جدید نشان میدهد ماجرا به این سادگی نیست.
پژوهشگران با اطمینان ۵٫۵ سیگما – فراتر از معیار طلایی اطمینان در علم، دریافتند که درخشندگی ابرنواخترهای نوع Ia به سن ستارگان مادرشان بستگی دارد. به بیان دیگر، با اطمینان ۹۹٫۹۹۹۹۹۹۹ درصد مشخص شده است که ابرنواخترهایی که از جمعیتهای ستارهای جوانتر بهوجود میآیند، بهطور نظاممند کمنورترند، در حالی که ابرنواخترهای حاصل از جمعیتهای مسنتر درخشانتر هستند.
دکتر چول چونگ، استاد پژوهشی دانشگاه یونسی و نویسندهی همکار این مقاله، در گفتوگو با IFLScience توضیح داد:
«ابرنواخترهای نوع Ia مانند خطکشهای کیهانیاند که با آنها سرعت انبساط جهان را اندازه میگیریم. اگر درخشندگی آنها به سن ستارگان تولیدکنندهشان بستگی داشته باشد، آن خطکش دیگر دقیق نیست، بهویژه چون در فواصل دورتَر، ستارگان جوانتر غالباند. این اثر سنی میتواند سیگنالی مشابه شتابدار بودن انبساط جهان ایجاد کند، و وقتی برای آن تصحیح انجام دهیم، تصویر بسیار متفاوتی از انرژی تاریک و تاریخچهی انبساط کیهان به دست میآید.»
در مدل استاندارد کیهانشناسی، جهان از ۷۰ درصد انرژی تاریک، ۲۵ درصد ماده تاریک، و ۵ درصد ماده معمولی تشکیل شده است. انرژی تاریک مانند ضدگرانش عمل میکند و کهکشانها را از هم دور میسازد. تا امروز، بهترین برداشت ما این بود که انرژی تاریک یک ثابت کیهانی است، مقداری تغییرناپذیر و یکنواخت در سراسر فضا که مسئول شتابگرفتن انبساط جهان است. اما یافتههای جدید نشان میدهند انرژی تاریک ممکن است در طول زمان تغییر کند، و انبساط جهان دیگر شتابدار نیست، بلکه در حال کند شدن است. این تنها شاهد چنین نظری نیست؛ بزرگترین نقشهی کهکشانی که اوایل امسال منتشر شد، نیز نشان میداد انرژی تاریک ممکن است در حال تضعیف باشد و نتایج جدید با آن دادهها سازگار است.
دکتر چونگ در ادامه گفت:
«ما پنج سال پیش این اثر را با اطمینان حدود ۳ تا ۴ سیگما شناسایی کردیم، و از آن زمان دو گروه مستقل نیز آن را تأیید کردهاند. اکنون با استفاده از نمونهای بسیار بزرگتر شامل ۳۰۰ کهکشان میزبان و اندازهگیریهای دقیقتر سن، اهمیت آماری این همبستگی به ۵٫۵ سیگما افزایش یافته است. پس از تصحیح این سوگیری سنی، دریافتیم که جهان دیگر در مرحلهی انبساط شتابدار نیست، بلکه وارد مرحلهی انبساط کندشونده شده است.»
اگر این نتایج تأیید شوند، تحولی بنیادین در پی خواهند داشت. این امر نیازمند بازنگری اساسی در درک ما از کیهانشناسی خواهد بود، اما در عوض میتواند به حل «تنش هابل» یکی از بزرگترین چالشهای اخترفیزیک امروز — کمک کند و درک بهتری از سرنوشت نهایی جهان به ما بدهد.
آیا ابرنواخترهای نوع Ia شمعهای استاندارد معیوبی هستند؟ شواهد میگویند بله. با این حال، تیم پژوهشی برنامههایی برای آزمودن دقیقتر فرضیهی خود دارد. یکی از این آزمونها از «پیمایش میراث زمان و فضا» (LSST) استفاده خواهد کرد که توسط رصدخانهی ورا روبین در دههی آینده انجام میشود.
در نهایت، هرچه درک ما از فیزیک ستارگان دقیقتر شود، شناخت ما از کل جهان نیز عمیقتر خواهد شد.
دکتر چونگ در پایان افزود:
«برای آزمودن یافتههایمان بهصورت مستقیمتر و بدون پیچیدگیهای ناشی از سوگیری سنی، در حال اجرای آزمایشی ‘بدون تحول’ هستیم که تنها از ابرنواخترهای نوع Ia در کهکشانهای جوان و همسن در سراسر طیف انتقال به سرخ استفاده میکند. این رویکرد اثر تحول جمعیتی را حذف میکند و ابزاری کیهانشناختی پاک فراهم میسازد. طی پنج سال آینده، پیمایش LSST دادههای نوری حدود ۲۰ هزار کهکشان میزبان جدید را ارائه خواهد کرد، که امکان انجام یک آزمون قطعی را فراهم میکند.»
از زمان کارهای هنریتا سوان لیویت و گروه «کامپیوترهای هاروارد»، درک ما از ستارگان نقشی اساسی در بازنگری حدود کیهان و ویژگیهای آن داشته است. این پژوهش نیز بر همان پیوند بنیادی تأکید دارد.
دکتر چونگ نتیجهگیری میکند:
«با آشکار کردن اینکه درخشندگی ابرنواخترهای نوع Ia به سن ستارگان مادرشان بستگی دارد، اثری ظریف را شناسایی کردهایم که نحوهی تفسیر ما از انبساط کیهان را دقیقتر میکند. این یافته با سایر رصدهای مستقل سازگار است و به ما کمک میکند اندازهگیریهای کیهانشناختی دقیقتری انجام دهیم. در نهایت، هرچه فیزیک ستارگان را بهتر بفهمیم، جهان را بهتر درک خواهیم کرد.»
