آیا یک عامل ناشناخته بر سرعت انبساط گیتی اثر می‌گذارد؟
۱۴۰۲ اسفند ۲۵, جمعه
ثابت هابل از حدود یک قرن پیش، یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های دانش کیهانشناسی بوده است. دانشمندان بر اساس محاسبه و اندازه‌گیری این ثابت، می‌توانند نرخ انبساط گیتی و همچنین عمر کیهان را تخمین بزنند. به موازات پیشرفت فناوری، این اندازه‌گیری‌ها مدام دقیق‌تر شده‌اند، اما این افزایش دقت لزوما برای دانشمندان خوشحال‌کننده نبوده است.
واقعیت این است که روش‌های مختلف اندازه‌گیری انبساط گیتی، نتایج متفاوتی را نشان می‌دهند و در عین حال، دانشمندان هیچ ایده مشخص و قطعی در دست ندارند که بگویند دلیل احتمالی این اختلاف چیست.
برخی از دانشمندان می‌گویند که این ممکن است نشان‌دهنده آن باشد که اندازه‌گیری‌ها نادرست بوده‌اند، برخی دیگر بر این باورند که ما احتمالا در درک خود از گیتی و فیزیک آن به کلی مسیر اشتباهی را پیموده‌ایم.
اینترنت بدون سانسور با سایفون دویچه وله
کیهان‌شناسان در مطالعه جدیدی که نتایج آن در "آستروفیزیکال ژورنال لترز" منتشر شده است با استفاده از داده‌های تلسکوپ فضایی جیمز وب و تلسکوپ فضایی هابل، تحقیقاتی را انجام دادند که به گفته آن‌ها نشان می‌دهند اندازهگیریهای ثابت هابل درست بوده‌اند و در واقع گویا چیزی در شناخت گیتی وجود دارد که ما از آن آگاه نیستیم و این عامل ناشناخته بر سرعت انبساط گیتی تاثیر می‌گذارد.
آدام ریس، فیزیک‌دان دانشگاه جانز هاپکینز در بالتیمور می‌گوید که تیم او با حذف خطاهای اندازه‌گیری به این نتیجه رسیده که احتمالا ما گیتی را به اشتباه درک کرده‌ایم، چرا که داده‌های به دست آمده از جیمز وب و هابل با اطمینان بسیار بالا نشان می‌دهند که خطای اندازه‌گیری وجود ندارد و عامل بروز "تنش هابل" چیز دیگری است.
از نظر تاریخی، کیهان‌شناسان تا کنون از ابزارهای مختلفی برای اندازه‌گیری ثابت هابل استفاده کرده‌اند اما این اندازه‌گیری‌ها چندان رضایت‌بخش نبوده است و به یک سردرگمی جدی منجر شده که کیهان‌شناسان اصطلاحا از آن با عنوان "تنش هابل" یاد می‌کنند.
ادوین هابل، کیهان‌شناس مشهوری که کشف انبساط گیتی، بر مبنای یافته‌های او بنا شده است، در سال ۱۹۲۹ میلادی این عدد را به اشتباه، نزدیک به ۵۰۰ کیلومتر بر ثانیه در هر میلیون پارسک برآورد کرده بود اما تحقیقات و اندازه‌گیری‌ها و محاسبات جدید به ویژه محاسبات ماهواره پلانک سازمان فضایی اروپا در سال ۲۰۱۳، این عدد را در حدود هشت برابر کمتر از آن یعنی ۶۷.۴ کیلومتر بر ثانیه نشان می‌داد.
بیشتر بخوانید: آیا گیتی تا ابد وجود خواهد داشت؟
بررسی‌های بعدی دانشمندان در سال ۲۰۱۹ با استفاده از هم‌گرایی گرانشی و با بررسی ۷۴۰ ابرنواختر در گیتی، این عدد را ۸۲ محاسبه کرد که از محاسبات نخستین که خود ادوین هابل انجام داده بود به مراتب کمتر است.
کیهان‌شناسان در سال ۲۰۲۳ به منظور بررسی رصدهای تلسکوپ فضایی هابل، از تلسکوپ جدید‌تر و مدرن‌تر جیمز وب استفاده کردند و به این نتیجه رسیدند که اندازهگیریهای قبلی درست بوده‌اند.
در پژوهش جدید، دانشمندان از داده‌های هر دو تلسکوپ فضایی استفاده کردند و نشان دادند ظاهرا هیچ ایرادی در اندازه‌گیری‌ها وجود ندارد.
معنی انبساط عالم چیست؟
مفهوم "تنش هابل" اصطلاحا به میزان اختلاف در محاسبه ثابت هابل گفته می‌شود و به این موضوع اشاره دارد که چرا اندازهگیریهای مختلف، سرعت‌های متفاوتی را نتیجه می‌دهند.
کیهان‌شناسان می‌گویند ما در یک گیتی منبسط‌شونده زندگی می‌کنیم و انبساط گیتی موجب می‌شود که کهکشان‌ها از یکدیگر دور شوند. به عبارت دیگر به هر میزان که کهکشان‌ها از ما دورتر باشند، با سرعت بیشتری نیز از ما دور می‌شوند. در واقع، ثابت هابل، رابطه میان سرعت دور شدن و فاصله کهکشان‌ها را بیان می‌کند و می‌گوید که گیتی ما ایستا نیست و با نرخ ۷۰ کیلومتر بر ثانیه در هر مگاپارسک در حال انبساط است.
بیشتر بخوانید: آیا ما درون یک هولوگرام عظیم زندگی می‌کنیم؟
مشکل بزرگ اما این است که عدد محاسبه‌شده برای نرخ انبساط گیتی در مدل موسوم به مدل استاندارد کیهانشناسی، با داده‌های تجربی تطابق ندارد و به گفته دانشمندان، زمانی که نرخ انبساط عالم را با استفاده از کهکشان‌ها و ابرنواخترهای نزدیک (یعنی ستاره‌های در حال انفجار) اندازه‌گیری می‌کنیم، این میزان ۱۰ درصد از زمانی که آن را با تابش زمینه کیهانی پیش‌‌بینی می‌کنیم، بزرگ‌تر است.
تابش زمینه کیهانی، تابشی معادل تابش سیاه در حدود ۳ کلوین در کیهان است که می‌توان آن را از هر جهت آسمان دریافت کرد و کشف آن یکی از شواهد تایید درستی نظریه بیگ‌بنگ (مِهبانگ) به شمار می‌رود.
این تابش با فرکانس حدود ۱۶۰ گیگاهرتز به گفته کیهان‌شناسان به حدود ۱۳.۷ میلیارد سال پیش باز می‌گردد و وجود مِهبانگ، تنها توضیح قانع‌کننده‌ای است که می‌تواند وجود آن را تبیین کند.
بیشتر بخوانید: آیا پیش از بیگ‌بنگ چیزی وجود داشته است؟
ثابت هابل و به عبارتی محاسبه نرخ انبساط گیتی، برای تخمین سن عالم نیز از اهمیت فراوانی برخوردار است. امروزه ما عمر گیتی را در حدود ۱۳.۷ میلیارد سال تخمین می‌زنیم در حالی که محاسبات اولیه خود ادوین هابل در دهه ۱۹۲۰ میلادی نشان می‌داد که مه‌بانگ، یعنی آغاز گیتی چیزی حدود ۱.۵ میلیارد سال پیش رخ داده است.
دویچه وله فارسی را در اینستاگرام دنبال کنید
تنش هابل، تنها مشکل و بحران در نظریه‌های کیهانشناسی امروز نیست. اگرچه مدل استاندارد قادر به توضیح بسیاری از پدیده‌های کیهانشناسی است، اما همچنان جنبه‌های مبهم، ناسازگاری‌ها و ناهنجاری‌هایی در آن وجود دارد که کیهانشناسی را با بحران مواجه کرده است. برای نمونه، نقطه سرد تابش زمینه کیهانی جایی در گیتی است که به طور باورنکردنی، ۷۰ میکروکلوین از میانگین دمای تابش زمینه کیهانی (۲.۷ کلوین) سردتر است و دانشمندان هنوز نتوانسته‌اند توضیحی برای آن پیدا کنند.
بیشتر بخوانید: جهان ما ممکن است در دو بیگ‌بنگ به وجود آمده باشد
از جمله ناهنجاری‌های موجود در مدل استاندارد کیهانشناسی، وجود حفره بسیار عظیمی به قطر ۱.۸ میلیارد سال نوری در فاصله احتمالا ۳ تا ۱۰ میلیارد سال نوری از کهکشان ما است که حدود هزار برابر از بزرگ‌ترین حفره‌های موجود در گیتی بزرگ‌تر است و بر اساس مدل استاندارد کیهانشناسی هنوز نمی‌توان توضیحی برای آن پیدا کرد.