جدید ترین عناوین خبری امروز
Registering new users is currently not allowed.

آیا کیهان دارای محور شرارت است؟

تابش پس زمینه کیهانی شامل تعداد بسیار زیادی افت و خیز دمایی بسیار کوچک است که وقتی آن‌ها را مورد تجزیه و تحلیل قرار دهیم متوجه یک جهت‌گیری عجیب و خاص در فضا می‌شویم، گویا کیهان دارای یک محور مشخص است. وجود این محور خاص مشکلاتی را برای مدل استاندارد کیهان‌شناسی پدید آورده است.

اگرچه تابش پس زمینه کیهانی یک توزیع تصافی از افت‌وخیزهاست اما اولین بار در داده‌های ماهواره WMAP مشاهده شد که این افت‌وخیزها کاملا تصادفی نیستند و به نظر می‌رسد یک الگوی خاص از خود نشان می‌دهند و جهت مرجحی در فضا را مشخص می‌نمایند که با الهام از ادبیات سیاسی دولت امریکا به “محور شرارت” (Axis of Evil) مشهور شد.

مختصری درباره تابش پس زمینه کیهانی

حدود ۱۳/۸ میلیارد سال قبل کیهان بسیار داغ بوده است و به صورت مخلوط از ذرات باردار و فوتون‌های پر انرژی بوده است که به دلیل چگالی زیاد ذرات کیهان برای انتشار فوتون‌ها به اندازه کافی شفاف نبوده است. اما با گذشت زمان کیهان به تدریج سرد شد و از انرژی جنبشی ذرات کاسته شد و اتم‌های خنثی شروع به تشکیل یافتن کردند و در نتیجه محیط کیهان رقیق‌تر شد. وقتی ۳۸۰ هزار سال از انفجار بزرگ گذشته بود کیهان به اندازه کافی برای انتشار فوتون‌ها شفاف شد و فوتون‌های اولیه توانستند از میان اتم‌ها و ذرات آزادانه در کیهان منتشر شوند. این فوتون‌ها همان تابش پس زمینه کیهانی یا CMB هستند که در همه جای کیهان انتشار یافته‌اند و اکنون با استفاده از تلکسوپ‌هایی نظیر WMAP و Planck می‌توانیم آن‌ها را با دقت زیادی اندازه‌گیری کنیم.
این تابش اولیه ترین نوری است که از انفجار بزرگ باقی مانده و اطلاعات بسیار دقیق و مهمی پیرامون لحظات نخستین کیهان و تحول کیهان در خود دارد.

نمایش افت و خیزهای تابش پس زمینه بدست آمده توسط تیم پلانک

محور شرارت تابش زمینه کیهانی

تلسکوپ‌های فضایی مثل تلسکوپ پلانک روی تمام کره‌ی آسمان از تابش پس زمینه نقشه برداری کرده‌اند که اگر این کره را باز کنیم چیزی مثل تصویر پایین می‌شود. نقاطی که با رنگ‌های مختلف نشان داده شده نماینده دماهای مختلف هستند. در واقع هر نقطه با نقطه دیگر به مقدار بسیار کمی اختلاف دمایی دارد.
حال اگر این نقاط دمایی که روی کره هستند را بر حسب توابع هماهنگ کروی بسط دهیم در کمال شگفتی خواهیم دید که ممان‌های ۴ قطبی و ۸ قطبی این کره تابش زمینه با دقت بالایی در یک جهت یکسان قرار می‌گیرند. این در حالی است که انتظار داریم تابش CMB کاملا تصادفی و بدون جهت‌گیری خاصی توزیع شده باشد.
اولین بار Kate Land و Joao Magueijo در مقاله‌ای در سال ۲۰۰۵ بر اساس داده‌های WMAP به این جهت‌گیری خاص در نقشه CMB اصطلاح “محور شرارت” را اطلاق کردند.

تفسیر این نتیجه به دلیل وجود خطای کیهانی (Cosmic Variance) بسیار پیچیده است چرا که در واقع جهان مشاهده‌پذیر ما در حقیقت بخشی از یک جهان بزرگ‌تر است.شانس تصادفی می‌گوید که ممکن است برخی از بخش‌های دیگر از کل کیهان که ما نمی‌توانیم مشاهده کنیم افت‌وخیزهای بزرگ‌تر یا کوچک‌تر از بقیه داشته باشند و این محور شرارت کاملا اتفاقی باشد.

به عبارت دیگر محور شرارت ممکن است یک توهم خیالی باشد، الگویی که اگر ما می‌توانستیم کل جهان را ببینیم بی مورد بود. اما، خطای کیهانی بزرگی انحراف‌های تصادفی موضعی را پیش‌بینی می‌کند، و افت‌وخیزها در داده‌های CMB بزرگ‌تر هستند. این افت‌وخیزها انقدر بزرگ نیستند که امکان تفاوت موضعی را کاملا رد کنند، اما کیهان‌شناسان نمی‌توانند به سادگی امکان‌های دیگر برای توضیح محور شرارت را نادیده بگیرند.

راه حل‌های پیشنهادی

یکی از راه حل‌های پیشنهادی که توسط Kamionkowski و همکاران مطرح شده این است که تورم کیهانی که در لحظات نخستین کیهان رخ داده به شیوه‌ای کمی متفاوت رخ داده است و موجب عدم تقارن در کیهان شده است. این مدل موجب تغییر کمی در قوانین فیزیک می‌شود، اما اگر درست باشد، اثرات آن را در تابش CMB و توزیع کهکشان‌ها باید مشاهده کنیم.

مدل دیگری که کم‌ترین نقض قوانین فیزیک را در خود دارد توسط Andrew Liddle و Marina Cortes پیشنهاد شده است. این نظریه کیهان را به هندسه‌ی کمی باز توصیف می‌کند بدین معنا که پرتوهای نوری که در ابتدا موازی بوده‌اند طی زمان دچار واگرایی می‌شوند. منجمان با استفاده از رصدهای گوناگون نشان داده‌اند که هندسه کیهان ما تقریبا تخت است- پرتوهای موازی همچنان موازی می‌مانند. تورم کیهانی توجیه ساده‌ای برای تقریبا تخت بودن و نه کاملا تخت بودن ارائه می‌کند. این یعنی جای کمی برای انحراف از تختی وجود دارد. این پیشنهاد به همراه پیشنهاد کامیونکوفسکی که رفتار تورم کمی متفاوت بوده است ممکن است این اثر هندسه باز را تولید کند.

بسیاری از فیزیکدانان روی تورم تمرکز کرده‌اند تا بتوانند محور شرارت را توجیه کنند چرا که هنوز داده‌های به اندازه کافی نداریم تا دقیقا ساز و کار آن را مشخص کنیم. تورم یک ایده کلی است که جای زیادی برای مکانیزم‌های مختلف برای تولید یک کیهان تخت دارد. تلسکوپ‌های WMAP و Planck کمک شایانی کردند تا تعدادی از این نظریه‌های تورمی را کنار بگذاریم، اما هنوز گزینه‌های زیادی هستند که با داده‌های موجود سازگارند.

به هر حال، برای اینکه بدانیم محور شرارت چیست، ایده هایی وجود دارد. یکی از این ایده ها واقعا جذاب است، به گفته ی محققان در واقع ما شاهد منطقه ای هستیم که در آن جهان ما به جهان دیگر ضربه می زند و قوانین فیزیک هم‌دیگر را نقض می کنند.

نقشه قطبش دمایی تابش پس زمینه کیهانی بدست آمده توسط تیم پلانک

مدل‌هایی که برای توضیح محور شرارت مطرح شده‌اند نشان دهنده نیاز به داده‌های بیشتر و دقیق‌تر هستند: تلاش‌های نظری تا اینجا به نظر می‌رسد نمی‌خواهند راهی برای برون رفت نشان دهند. متأسفانه، داده‌های دمایی CMB به تنهایی احتمالا برای حل این مسأله کافی نیستند. نقشه‌های دمایی که WMAP و Planck از کل آسمان بدست آورده‌اند نزدیک به کامل‌ترین حالتی است که می‌توانیم بدست آوریم.
به عبارت دیگر، نیاز داریم به چیزی غیر از طیف توان CMB نگاه کنیم. برخی از جنبه‌های تورم می‌تواند از مد قطبش CMB اندازه گیری شود. این مدل سیگنال بسیار ضعیفی دارد، و تا کنون کسی موفق به مجزا کردن آن از نوفه (نویز) نشده است. اندازه‌گیری‌های بسیار دقیق توزیع کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی نیز می‌تواند نشانه‌هایی از راه حل مسأله را به ما نشان دهد.

به اشتراک بگذارید
دیدگاه ها 0

دیدگاه بگذارید

avatar
  Subscribe  
Notify of