شکل جدیدی از انرژی تاریک می‌تواند اسرار مربوط به انبساط کیهان را فاش کند

این انرژی نکات اولیه و پایه‌ای را درباره ماده توضیح می‌دهد و می‌تواند انبساط سریع کنونی کیهان را توجیه کند. پیش از این سرعت زیاد گسترش جهان با هیچ نظریه‌ای توجیه نمی‌شد. انرژی تاریک شکلی فراگیر و ناشناخته از انرژی است که ماده تاریک و انرژی تاریک حدود ۹۵ درصد از کل جهان را تشکیل می‌دهند. انرژی تاریک همان انرژی افسانه‌ای و حیرت‌آوری است که می‌توان به کمک آن گسترش کیهانی را توجیه کرد.

نوع دومی از انرژی تاریک وجود دارد که دانشمندان معتقدند در ۳۰۰۰۰۰ سال اول پس از انفجار بیگ بنگ هم وجود داشته است. این انرژی کلید درک انبساط سریع جهان امروزی است.

در این باره مطالعات زیادی صورت گرفته است تا بتوانند که ربط بین موضوع ماده تاریک و انبساط جهان را پیدا کنند. دانشمندان مقالات زیادی را درباره این موضوع نگاشته‌اند. اولین باری که انرژی تاریک وارد مرحله آزمایش شد طبق داده‌های موجود به سال ۲۰۱۳ تا ۲۰۱۶ بازمی‌گردد. این سلسله آزمایشات به کمک تلسکوپ کیهانی آتاکاما در شیلی صورت گرفت.

اگر آزمایشاتی که در حال رخ دادن است به خوبی پیش برود بعد سالیان طولانی بالاخره دانشمندان می‌توانند پاسخ اسرار مربوط به انبساط جهان را کشف کنند. دلیل اهمیت انبساط جهان به این دلیل است که طبق تئوری‌های موجود سرعت انبساط باید بسیار پایین‌تر از سرعتی باشد که امروزه جهان با ان در حال انبساط است. با همه این موضوعات داده‌های موجود در چنین آزمایش‌هایی مقدماتی هستند و به طور قطع ماهیت و چیستی انرژی تاریک را نشان نمی‌دهند. به همین دلیل تا حد زیادی این جمله درست است که اطلاعات بیشر از انرزی تاریک بسیار مقدماتی است. این موضوع تا حدی روشن و بدیهی است که نویسندگان مقالات نیز خود به این موضوع اعتراف کرده‌اند. آن‌ها گفتند که داده‌های به دست آمده به قدری قوی نیستند که بتوانند اثرات انرژی تاریک را به قطعیت تمام مشخص کنند.

« دلایل زیادی وجود دارد که می‌توان با استفاده از ان‌ها مردم و جامعه علمی را متقاعد کرد که برای اکتشافات جدید فیزیکی می‌توان از انرژی تاریک استفاده کرد.»

سیلویا گالی، کیهان شناس از موسسه اختر فیزیک پاریس

با همین این موضوعات محققان امیدوارند که روش‌های دقیق‌تر و بهتری را پیدا کنند و نتایج مهم‌ترین را به دست بیاورند. برای مثال تلسکو قطب جنوب که در قطب جنوب قرار دارد از دقت نسبتا بالایی برخوردار است و دانشمندان امیدوار هستند که با استفاده از آن بتوانند تا حد زیادی اطلاعات مفیدتری را به دست بیاورند.

«اگر این موضوعات مربوط به انرژی تاریک که به جهان اولیه بازمی‌گردد حقیقت داشته باشد ما باید سیگنال‌ها و نشانه‌های به نسبت قوی و قطعی را مشاهده کنیم تا بتوانیم صحت آن را تایید کنیم.»

کالین هیل، یکی از نویسندگان مقاله مربوط به انرژی تاریک و کیهان شناس دانشگاه کلمبیا در نیویورک

نقشه‌برداری از پس زمینه امواج کیهانی

تلسکوپ‌های موجود در آزمایشات کیهانی مربوط به انرژی مثل تلسکوپ قطب جنوب برای نقشه‌برداری از تابش زمینه کیهانی طراحی شده‌اند. این امواج گاها با نام تابش پس از افنجار بیگ بنگ نیز شناخته می‌شوند. این نقشه‌برداری‌ها یکی از اصول مهم برای درک بهتر کیهان شناسان از جهان هستی است.

این نقشه‌برداری‌ها همانند یک نقشه راهنما برای کیهان شناسان عمل می‌کنند. هر تغییر کوچکی در ترسیم و در هنگام تحقیقات می‌تواند شواهد قانع‌کننده یا یک اکتشاف بزرگ باشد.

هرکدام از این تغییرات می‌توانند سند محکمی برای رد یا تغییر مدل‌های مختلف باشند. حتی می‌توانند به مدل‌هایی مثل مدل استاندارد کیهان شناسی اعتباری نسبی بدهند. این مدل به این صورت است که باور دارد یک جهان شامل سه عنصر اصلی است: ماده تاریک، انرژی تاریک و ماده معمولی

این مدل چنین توصیف می‌کند که ماده تاریک عامل شکل‌گیری کهکشان‌ها است و ماده معمولی که چیزی کمتر از ۵ درصد از کل جرم جهان را شامل می‌شود در کنار دو عنصر دیگر در جهان وجود دارد.

چنین نقشه‌هایی اولین بار در سال‌های ۲۰۰۹ تا ۲۰۱۳ به وسیله آژانس فضایی پلانک در اروپا به صورت مدرن و امروزی ارائه شد.

بر اساس این نقشه‌ها و محاسبات بر اساس داده‌های پلانک مشخص شده بود که جهان عملا باید با چه سرعتی در حال گسترش و تورم باشد؛ البته این موضوع به فرض درست بودن مدل استاندارد کیهان شناسی ارائه شد.

اما موضوع این است که حدود یک دهه گذشته، اندازه‌گیری‌ها و داده‌های به دست آمده بر اثر مشاهدات انفجارهای ابرنواختری و سایر روش‌های موجود نشان می‌دهند که این سرعت گسترش چیزی حدود ۵ تا ۱۰ درصد سریع‌تر از میزان تخمین زده شده است.

با وجود این مشکلات نظریه‌پردازان به میزان کمی در مدل استاندارد کیهان شناسی تغییراتی را به وجود آوردند که می‌توانست چنین اختلاف محاسباتی را توجیه کند.

دو سال قبل، کیهان شناسان مارک کامیونکوفسکی از دانشکاه جان هاپکینز در بالتیمور مریلند و همکارانش یک بند اضافی را برای مدل استاندارد کیهان شناسی ارائه کردند.

آن‌ها بر اساس این بند انرژی تاریک اولیه را نوعی سیال در نظر گرفتند که پیش از نابودی در چند صد هزار سال پس از رخ دادن انفجار بزرگ در ساختار جهان نفوذ پیدا کرد.

کامیونکوفسکی باور دارد که این موضوع یه علت یا بند بسیار قانع‌کننده نیست اما حداقل با پیشفرض گرفتن چنین چیزی می‌توان از باقی موضوعات حاکم بر جهان هستی اطلاع یافت.

از طرفی انرژی تاریک اولیه تا اندازه‌ای قوی نبود که بتواند موجب انبساط سریع بشود اما در حال حاضر این موضوع با انرژی تاریک معمولی در حال انجام است. این موضوع باعث می‌شود که پلاسماهای حاصل بیگ بنگ هر چه سریع‌تر خنک بشوند که با توجه به محاسبات پلانک زمان برای کاهش دمای آن‌ها بسیار سریع‌تر از چیزی بود که امروزه در حال رخ دادن است. خود این موضوع می‌تواند بر روی تفسیر نتایج نقشه‌برداری امواج اثرگذار باشد. این موضوع در هنگامی تاثیر خود را آشکار می‌کند که در حال صحبت از سن جهان و میزان انبساط آن باشیم. اندازه‌گیری چنین پارامترهایی براساس میزان حرکت امواج صوتی در پلاسما قبل از خنک شدن آن است.

تفسیر نقشه‌برداری امواج کیهانی بر اساس مدل‌های اراسه شده از انرژی تاریک و داده‌های مربوط به آن نشان می‌دهد که جهان امروز چیزی حدود ۱۲.۴ میلیارد سال سن دارد، این عدد چیزی حدود ۱۱ درصد جوان‌تر از میزان است که با استفاده از مدل استاندارد کیهان شناسی و محاسبات به دست آمده بود. عدد به دست امده از محاسبات چیزی حدود ۱۳.۸ میلیارد سال است. به این ترتیب انبساط کنونی حدود ۵ درصد سریع‌تر از میزان پیش‌بینی شده خواهد بود. دانشمندان در ماسبات خود تجدید نظر می‌کنند تا ارقام جدید را به مردم ارائه بدهند.

مشکلات همچنان پابرجا هستند

کالین هیل عنوان کرد که در ابتدا درباره موضوعات پیرامون انرژی تاریک اولیه دچار شک و تردید بوده است اما با مشاهده یافته‌های تیمش بسیار ترغیب شد. ویویان پولین، اخترفیزیکدان از دانشکاه مونپلیه در فرانسه که نویسنده دومین مقاله از داده‌های مربوط به انرژی تاریک بود خوشحال است که تیم تجزیه و تحلیل داده‌ها توانسته‌ است این موضوع را به خوبی درک کند و تحقیقات خود را بر روی این موضوع ادامه بدهد.

«نویسندگان چنین مقالاتی افرادی سخت‌کوش و بسیار دقیق هستند؛ این افراد به شکلی سختگیرانه داده‌ها و اندازه‌گیری‌های موجود را درک می‌کنند.»

مارک کامیونکوفسکی، کیهان شناس از دانشکاه جان هاپکینز در بالتیمور مریلند

با همه این‌ها تمام دانشمندان و محققان نظری مشابه ندارند. سیلویا گالی، کیهان شناس از موسسه اختر فیزیک پاریس فکر می‌کند که این تیم با داده‌های محاسبات تیم پلانک دارای ناسازگاری‌هایی باشد. ممکن است این داده‌ها در نهایت بتوانند ما را به سمت انرژی تاریک اولیه هدایت کنند. اما در هر صورت تضمینی پشت چنین مجموعه‌ای از داده‌ها نیست. گالی در نهایت این نکته را عنوان می‌کند که استفاده از تلسکوپ قطب جنوب می‌تواند بسیار کمک‌کننده باشد و اطلاعات مهمی را در اختیار محققان و تیم تحلیل داده قرار بدهد. خود گالی در آزمایش مربوط به استفاده از تلسکوپ قطب جنوب که در موقعیت مکانی قطب جنوب صورت می‌گیرد نیز شرکت دارد و مشتاق است که در نهایت نتایج مربوط به این تحقیقات را تحلیل کند.

از سمت دیگر برخی از محققان مثل وندی فریدمن کیهان شناس از دانشگاه شیکاگو در ایلینوی معتقد هستند که اکنشاف مدل‌های جدید می‌تواند کمک بسیاری را به دنیای علم هدیه بدهد. فریدمن در نهایت می‌گوید که ما برای اندازه‌گیری دقیق الگوی انبساط کیهانی نیاز داریم که به مدل‌های مختلف شانس بیشتری بدهیم و آن‌ها را با مدل استاندارد مقایسه کنیم.