دانشمندان با نقشه سه‌بعدی جدید کیهان به کشف راز انرژی تاریک نزدیک‌تر شدند

محققان DESI در یک دستاورد بزرگ اعلام کردند که تهیه نقشه سه‌بعدی کیهان را با بالاترین وضوح ممکن و با حجم داده‌هایی بسیار زیاد به پایان رساندند. بررسی داده‌های اولیه ابزارهای DESI پیش‌تر نشانه‌هایی آشکار کرده بود مبنی‌بر اینکه انرژی تاریک کیهان، برخلاف تصورات پیشین، یک مقدار ثابت نیست و ممکن است در طول زمان تغییر کند. اکنون نقشه کامل‌شده فعلی می‌تواند به‌طور قطعی این فرضیه‌ها را تأیید یا رد کند.

تا پیش‌ازاین تصور می‌شد نیروی مرموزی که جهان را منبسط می‌کند (یعنی انرژی تاریک) یک مقدار کاملاً ثابت است. اما این نقشه جدید نشان می‌دهد که انرژی تاریک ممکن است درطول زمان تغییر کند یا ضعیف شود. اگرچه این داده‌ها هنوز به بررسی بیشتری نیاز دارند، اما می‌توانند در چند سال آینده علم کیهان‌شناسی را زیر و رو کنند.

معمای انرژی تاریک و نقشه سه‌بعدی کیهان

برای درک بزرگی این کشف، ابتدا باید بدانیم معمای اصلی چیست. ما می‌دانیم که نیروی گرانش، اجرام را به سمت هم می‌کشد؛ بنابراین منطقی است که فکر کنیم سرعت انبساط جهان (بزرگ‌شدن کیهان) باید به مرور زمان کندتر شود. اما برعکس، جهان نه‌تنها دارد بزرگ‌تر می‌شود، بلکه سرعت این بزرگ‌شدن روزبه‌روز بیشتر نیز می‌شود. دانشمندان نام این نیروی دافعه مرموز را انرژی تاریک گذاشته‌اند.

«آلبرت انیشتین» اولین کسی بود که وجود چنین نیرویی را با عنوان «ثابت کیهان‌شناسی» یا «لامبدا» پیش‌بینی کرد. او معتقد بود این نیرو یک ویژگی ثابت و تغییرناپذیر در فضای خالی است.

اما وقتی پای فیزیک کوانتوم به میان می‌آید، اوضاع پیچیده می‌شود. در فیزیک کوانتوم، فضای خالی درواقع اصلاً خالی نیست. خلأ پر از «ذرات مجازی» است که مدام به وجود می‌آیند و ناپدید می‌شوند. دانشمندان فکر می‌کنند این جوشش دائمی ذرات مجازی می‌تواند همان انرژی تاریک باشد که جهان را هل می‌دهد. اما یک مشکل بزرگ وجود دارد: محاسبات کوانتومی نشان می‌دهد که مقدار این انرژی باید ۱۰ به توان ۱۲۰ برابر بزرگ‌تر از چیزی باشد که ما در واقعیت می‌بینیم.

به دلیل همین پیچیدگی‌ها، دانشمندان درنهایت مدلی به نام Lambda-CDM را پذیرفتند که می‌گوید انرژی تاریک، هر چه که هست، در تمام طول تاریخ کیهان یک «مقدار ثابت» بوده است. اما حالا نقشه جدید DESI می‌گوید: شاید اینطور نباشد و انرژی تاریک درحال تغییر و ضعیف‌شدن باشد.

ترسیم نقشه کیهان

حالا سؤال اینجاست که دانشمندان چگونه متوجه این تغییر شده‌اند؟ آنها برای اندازه‌گیری تغییرات کیهان در طول میلیاردها سال، به یک «خط‌کش کیهانی» نیاز داشتند. در نخستین روزهای پس از پیدایش جهان (پس از مه‌بانگ) کیهان مانند یک سوپ فوق‌العاده داغ و متراکم از ذرات بود. در این سوپ داغ، امواج صوتی بسیار ریزی حرکت می‌کردند. وقتی جهان منبسط و خنک شد، این امواج صوتی به شکل الگوهایی موج‌دار و حباب‌مانند در فضا منجمد شدند. دانشمندان به این حباب‌های منجمدشده، «نوسانات آکوستیک باریونی» یا BAO می‌گویند.

قطر این حباب‌ها مشخص است. بنابراین، دانشمندان می‌توانند از آنها به‌عنوان یک خط‌کش استفاده کنند. ابزار DESI دقیقاً برای همین کار ساخته شده است: این ابزار با استفاده از ربات‌های فوق‌دقیق و فیبرهای نوری، نور میلیون‌ها کهکشان را جمع‌آوری می‌کند تا فاصله و اندازه این حباب‌ها را در طول ۱۱ میلیارد سال گذشته اندازه بگیرد. با این کار، دانشمندان متوجه می‌شوند که جهان در هر نقطه از زمان در گذشته، با چه سرعتی منبسط می‌شده است.

وقتی دانشمندان داده‌های سال اول DESI را با داده‌های سایر تلسکوپ‌ها ترکیب کردند، متوجه تفاوت‌های ظریفی شدند. این تفاوت‌ها نشان می‌داد که برخلاف تصور انیشتین، انرژی تاریک درحال ضعیف‌شدن است.

در علم فیزیک، برای اینکه مطمئن شوند یک کشف واقعی است و صرفاً یک خطای آماری نیست، از واحدی به نام سیگما استفاده می‌کنند. رسیدن به عدد ۵ سیگما، استاندارد طلایی و نشانه تأیید قطعی یک کشف علمی است. داده‌های جدید DESI که سه سال اول رصدها را پوشش می‌دهد، سطح اطمینانی بین ۲.۸ تا ۴.۲ سیگما را نشان می‌دهد؛ رقمی که تا تأیید قطعی فاصله بسیار کمی دارد.

اگر همه چیز طبق برنامه پیش برود، تحلیل نهایی داده‌ها تا سال ۲۰۲۷ یا ۲۰۲۸ تکمیل خواهد شد و آن زمان مشخص می‌شود که آیا قوانین فیزیک کیهان‌شناسی باید از نو نوشته شوند یا خیر.