دنباله‌ای بر داستان پرهیجان انرژی تاریک

تصور کنید که جهان ما، از یک انفجار بزرگ آغاز شده و تا امروز، همچنان در حال انبساط است. اما این انبساط چقدر سریع اتفاق می‌افتد؟ پاسخ به این پرسش، طی دهه گذشته به معمایی پرتنش در علم کیهان‌شناسی بدل شده؛ معمایی که حالا دیگر بسیاری از دانشمندان آن را نه «تنش هابل» که «بحران هابل» می‌نامند.

مسئله از آن‌جایی آغاز می‌شود که برای محاسبه نرخ انبساط کیهان – که با نماد H₀ یا «ثابت هابل» شناخته می‌شود – دو مسیر علمی کاملاً متفاوت وجود دارد، اما این دو مسیر به دو جواب ناسازگار ختم می‌شوند.

نخستین مسیر، نگاهی به گذشته دور دارد: مطالعه‌ی تابش زمینه‌ی کیهانی، نوری باستانی که از ۳۸۰ هزار سال پس از مهبانگ برای ما باقی مانده است. ماهواره‌ی Planck متعلق به آژانس فضایی اروپا، بین سال‌های ۲۰۰۹ تا ۲۰۱۳ نقشه‌ای دقیق از این تابش تهیه کرد و با استفاده از مدل استاندارد کیهان‌شناسی، معروف به ΛCDM (که در آن انرژی تاریک و ماده تاریک نقش اصلی را دارند)، نرخ انبساط جهان را حدود ۶۷.۵ کیلومتر بر ثانیه بر مگاپارسک تخمین زد.

مدل ΛCDM بر این فرض استوار است که انرژی تاریک نوعی «ثابت کیهانی» است، نیرویی مرموز و دفع کننده که با گذشت زمان تغییر نمی‌کند. اما آیا واقعاً چنین است؟

راه دوم، با نگاه به کهکشان‌های نزدیک آغاز می‌شود. این مسیر که به «نردبان فاصله‌ی کیهانی» مشهور است، بر اساس ستارگان خاصی به نام «قیفاووسی‌ها» (Cepheids) بنا شده؛ ستارگانی که روشنایی آن‌ها به‌طور قابل‌پیش‌بینی تغییر می‌کند و می‌توان از آن‌ها برای اندازه‌گیری فاصله استفاده کرد. سپس با استفاده از ابرنواخترهای نوع Ia – که آن‌ها نیز به‌عنوان شمع‌های استاندارد شناخته می‌شوند – فاصله‌ی کهکشان‌های دورتر را محاسبه می‌کنند و در نهایت با اندازه‌گیری انتقال‌به‌سرخ نور کهکشان‌ها، نرخ انبساط را به‌دست می‌آورند.

بیشتر بخوانید

آیا انرژی تاریک در حال تغییر است؟ – پوریا ناظمی

گروه SH0ES به رهبری آدام ریس، برنده نوبل فیزیک، از همین روش استفاده کرده و به عددی بسیار متفاوت رسیده: حدود ۷۳.۵ کیلومتر بر ثانیه بر مگاپارسک.

ابزارهای جدید، روش‌های نوین

اما حتی روش دوم هم کامل نیست. ستاره‌شناسانی مانند برنت تولی از دانشگاه هاوایی، به سراغ روش سوم رفته‌اند که بدون استفاده از ابرنواخترها و سِفِیدها، از ستارگان «شاخه غول‌های سرخ» (TRGB) استفاده می‌کند؛ ستارگانی پیر و سرخ‌فام که در لحظه‌ای خاص از عمرشان، همگی تقریباً روشنایی یکسانی دارند. گروه تولی با کمک تلسکوپ فضایی جیمز وب، این ستارگان را در کهکشان‌هایی مثل NGC 4258 (که خود به لطف پدیده‌ای خاص به نام «مگامیزر» فاصله‌اش با دقت بالایی مشخص شده) بررسی کردند.

در نهایت، آن‌ها با استفاده از نوسانات روشنایی سطحی کهکشان‌های پر از این ستاره‌ها، فاصله‌ی کهکشان‌هایی تا حدود ۱۰۰ مگاپارسک را به‌دست آوردند و نرخ انبساط را محاسبه کردند: ۷۳.۸ کیلومتر بر ثانیه بر مگاپارسک. این مقدار حتی اندکی از مقدار گروه SH0ES نیز بالاتر است.

وقتی مدل‌های کیهانی ناتوان می‌مانند

در سوی دیگر ماجرا، پروژه DESI – که داده‌های حرکتی ۱۵ میلیون کهکشان را بررسی کرده – به شواهدی رسیده که ممکن است انرژی تاریک، آن‌چنان که ΛCDM تصور می‌کرد، ثابت نباشد و با گذر زمان تغییر کند. اگر چنین باشد، نه تنها پایه‌های مدل ΛCDM سست خواهد شد، بلکه تنش هابل نیز پیچیده‌تر می‌شود.

در چنین شرایطی، برخی دانشمندان مانند دان اسکالنیک معتقدند وقت آن رسیده که این مسئله را «بحران» بنامیم نه «تنش». زیرا حالا دیگر فقط یک تناقض عددی ساده نیست؛ بلکه نشانه‌ای است که شاید چیزی در فهم ما از کیهان، اساساً گم شده باشد.

در گفت‌وگوی پایانی این مقاله، آدام ریس می‌گوید: «با نتایج DESI، بسیاری از فیزیکدان‌ها به دنبال ایده‌ای خواهند بود که هم تغییرات انرژی تاریک را توضیح دهد و هم این اختلاف در نرخ انبساط را.»

برای ما که شیفته‌ی کشف رازهای کیهان هستیم، این بحران نه ناامیدی، که یک دعوت تازه است: برای بازنگری در بزرگ‌ترین مدل‌های کیهانی و شاید یافتن دریچه‌ای نو به سوی درک بهتر جهان.

برگرفته از Scientific American