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

چطور می‌توان انرژی تاریک را اندازه گیری کرد؟

درمقالات قبل (این‌جا و این‌جا) خواندیم که انرژی تاریک به عنوان عامل انبساط شتاب‌دار کیهان چگونه کشف شد و چه پیشنهادهایی برای توجیه آن مطرح هستند. آیا انرژی تاریک همان ثابت کیهان‌شناختی است یا یک میدان ناشناخته جدید است که با زمان تغییر می‌کند و یا شاید نیاز داریم که گرانش را اصلاح کنیم تا بتوانیم انبساط شتابدار را توجیه نماییم؟ در ادامه می‌خواهیم بدانیم که چه روش‌هایی برای اندازه‌گیری انرژی تاریک و تعیین ماهیت آن توسط دانشمندان استفاده می‌شود. با ما همراه باشید تا بیشتر بدانیم.

رصد ابرنواخترها

در ۱۹۹۸، دو گروه رصدی که در جستجوی انفجارهای ستاره‌ای از نوع ابرنواختر نوع ۱-آ (که وقتی یک کوتوله سفید سوختش به پایان می‌رسد رخ می‌دهد) بودند. درخشندگی ذاتی یک ابرنواختر نوع ۱-آ با تعیین این‌که با چه سرعتی درخشندگی‌اش رو به کاهش می‌گذارد مشخص است. بنابراین با شمارش روزهایی که طول می‌کشد تا ابرنواختر کم نور شود، می‌توان مقدار نور حاصل از انفجار را حساب کرد؛ سپس با اندازه‌گیری درخشندگی ظاهری آن روی زمین، می‌توان فاصله ابرنواختر و زمانی که نور آن در راه بوده تا به ما برسد را حساب کرد. این نوع از کاوش کیهان‌شناسی را به عنوان روش شمع استاندارد می‌شناسیم.

بقایای انفجار ابرنواختری

همچنین منجمان انتقال به سرخ هر ابرنواختر را نیز اندازه می‌گیرند. انتقال به سرخ به معنای میزان کشیدگی طول موج نور نسبت به زمان انتشار نور است که نشان‌دهنده میزان انبساط فضا طی مسیر است (کیهان در حال انبساط است). با ترکیب این رصدها منجمان امکان تعیین میزان انبساط کیهان طی زمان را می‌یابند و آن‌چه دو گروه رصد ابرنواخترها با این روش یافتند این بود که سرعت انبساط کیهان نه تنها کند نمی‌شود بلکه در حال شتاب گرفتن و افزایش سرعت است. آن‌ها نتیجه گرفتند: به نظر می‌رسد چیزی پر قدرت بر جاذبه گرانشی غلبه می‌کند.

نمودار منحنی نوری انفجارهای ابرنواختری

نوسانات آکوستیکی باریون

تا کنون، مؤثرترین ابزار کاوش انبساط کیهان بر اساس امواج صوتی کیهانی بوده است. لحظاتی پس از انفجار بزرگ، کیهان با یک مخلوط کشسان از یون‌ها، الکترون‌ها و تابش پر شده بود. ناهنجاری‌های چگالی کوچک (که توسط افت‌وخیزهای کوانتومی در لحظات بسیار نخستین ایجاد شده بود) به این زنگوله کیهانی ضربه زد، و امواج صوتی را به خارج فرستاد. ۴۰۰ هزار سال پس از انفجار بزرگ، جهان به اندازه‌ای سرد شد که یون‌ها بتوانند الکترون‌های سست را جذب کنند. در نتیجه اتم‌های خنثی تشکیل شدند و کیهان برای انتشار فوتون‌ها شفاف شد و مخلوط مذکور دیگر کشسان نبود. و چون صوت برای انتشار نیازمند یک محیط کشسان است، امواج صوتی اولیه متوقف شدند، و یک الگوی موجی پاک نشدنی روی ساختارهای بزرگ-مقیاس کیهان ثبت کردند. بنابراین به جای اینکه کهکشان‌ها به صورت کاملا تصادفی توزیع شده باشند، آن‌ها تمایل دارند در یک بازه‌های منظم در فضا قرار گیرند. فاصله مشخصه با انبساط کیهان رشد یافته است و اکنون حدود ۵۰۰ میلیون سال نوری (۱۵۳ مگا پارسک) است. یعنی تجمع کهکشان‌ها بطور منظم در چنین فاصله‌ای قرار گرفته است.

الگوی تکرار شونده نوسانات آکوستیکی باریون

درست مثل ابرنواخترها که به عنوان شمع‌های استاندارد کار می‌کنند، این الگوی موجی که به نام نوسانات آکوستیکی باریون (BAO) شناخته می‌شوند نیز در نقش خطکش استاندارد عمل می‌کنند. با نشانه‌گذاری مکان تعداد کافی از کهکشان‌ها می‌توان طول ظاهری BAO را اندازه گرفت. سپس با مقیاسه طول پیش‌بینی شده از روی انتقال به سرخ این کهکشان‌ها، می‌توان فاصله این نوسانات آکوستیکی باریون ها را اندازه گرفت. با سنجش انتقال به سرخ این کهکشان‌ها، و رسم آن‌ها بر حسب فاصله، می‌توان فاش کرد که انبساط فضا طی تاریخچه کیهانی چطور رفتار کرده است.

انفجارهای پرتو گاما

برخی از منجمان برای پرده برداشتن از راز انرژی تاریک به کاوش‌هایی عجیب از کیهان روی آورده‌اند. انفجارهای پرتو گاما (GRB) یک درخشش لحظه‌ای از تابش پر انرژی در فواصل دور کیهان هستند. تصور می‌شود برخی از آن‌ها زمانی ایجاد می‌شود که هسته یک ستاره بسیار پر جرم رمبش می‌کند و به سیاه‌چاله یا ستاره نوترونی تبدیل می‌شود. گروهی در دانشگاه کالیفرنیا به دنبال استفاده از GRB ها به عنوان نوع جدیدی از شمع‌های استاندارد هستند. به نظر می‌رسد این کار دشوار باشد چرا که این انفجار بسیار پراکنده هستند و در زمانی کوتاه می‌درخشند و خاموش می‌شوند بدون الگوی ظاهری مشخصی. البته استفاده از GRB ها برای کیهان‌شناسی دقیق بسیار محتاطانه انجام می‌شود چرا که هنوز فیزیک این انفجارها به درستی مشخص نیست. معلوم نیست که این GRB ها ناشی از رمبش ستاره و تبدیل شدن به یک ستاره نوترونی چرخان است یا ناشی از سقوط ماده به درون یک سیاه چاله تازه تولد یافته.

انفجار پرتوی گاما

اما وقتی مدل‌های نظری محکم‌تر شوند، ممکن است این انفجارها نیز نوری بر دوران اولیه انرژی تاریک بتابند و این راز را فاش کنند. GRB ها بسیار درخشان‌تر از ابرنواخترهای نوع ۱-آ هستند و می‌توانند برای بررسی ردپای انبساط کیهان تا زمانی که کیهان کمتر از یک میلیارد سال سن داشت استفاده شوند. اگر انرژی تاریک تحول داشته باشد، رصد تا فواصل دور انبساط بسیار مهم خواهد بود.

امواج گرانشی

ممکن است نیاز به نوع جدیدی از نجوم نیاز داشته باشیم تا معمای انرژی تاریک را حل کنیم. در سال ۲۰۱۶ رصدخانه امواج گرانشی LIGO سرانجام کشف اعوجاج‌های فضا-زمان که به عنوان امواج گرانشی شناخته می‌شوند را اعلام کرد. این امواج یک پالس متمایز یک کسری از ثانیه به طول می‌انجامد بود که ناشی از برخورد دو سیاه چاله‌اند، که بیش از یک میلیارد سال قبل بر اثر برخورد این دو سیاه چاله یک تکان در ساخت فضا-زمان رخ داد.
با استفاده از امواج گرانشی می‌توان فاصله اجرا را اندازه گرفت. شکل الگوی این امواج جرم و انرژی کل تابش شده از سیاه‌چاله ها را می‌توان محاسبه کرد.با ترکیب این‌ها با شدت امواج رسیده به زمین می‌توان فاصله را سنجید.

امواج گرانشی ناشی از یک دو تایی سنگین

اما رسم تاریخچه انبساط کیهان نیازمند دانستن انتقال به سرخ است که ساده نیست. ممکن است کهکشان میزبان هر یک از این رویدادها را بیابیم و با استفاده از نور آن انتقال به سرخ رویداد امواج گرانشی را بیابیم، اگرچه کهکشان میزبان می‌توان یکی از کهکشان‌‌های متعدد در منطقه وسیعی از آسمان باشد، چرا که آشکارسازهای امواج گرانشی نمی‌توانند جهت دقیق این امواج را مشخص کنند.
اگر تمام این روش‌ها و ابزارها هیچ تغییری در رفتار انرژی تاریک نشان ندهند، پژوهشگران گزینه‌های کمی خواهند داشت و مجبورند تسلیم شوند و ثابت کیهان‌شناختی را بپذیرند.

فیزیکدان‌ها عاشق چیزهای عجیبند، بنابراین اغلب آن‌ها احتمالا امیدوارند از این رصدها نتیجه دیگری بدست آید: بیشتر بخش سازنده کیهان از یک چیزی که عجیب‌تر از انرژی خلاء است پر شده که با زمان تحول می‌یابد. اگر معلوم شود که عامل شتاب کیهان یک میدان انرژی ناشناخته و جدید است یا حتی اصلاح گرانش باشد، نتایج آن بسیار عمیق خواهد بود و درک ما را از عالم تغییر خواهد داد.

منبع: Scientific American

به اشتراک بگذارید
دیدگاه ها 0

دیدگاه بگذارید

avatar
  اشتراک  
مطلع شدن
رفتن به نوار ابزار