آیا انرژی تاریک ثابت است؟

حدود یک دهه‌ی قبل، منجمان انرژی تاریک را کشف کردند. ماده‌ی اسرار آمیزی که کهکشان‌ها را از یکدیگر دور می‌کند و روند انبساط جهان را شتاب می‌بخشد. این انرژی، که به چگالی انرژی …

حدود یک دهه‌ی قبل، منجمان انرژی تاریک را کشف کردند. ماده‌ی اسرار آمیزی که کهکشان‌ها را از یکدیگر دور می‌کند و روند انبساط جهان را شتاب می‌بخشد. این انرژی، که به چگالی انرژی خلا نیز مشهور است، یکی از خواص ذاتی فضا به شمار می‌رود. دانشمندان سوالات زیادی در مورد ماهیت این انرژی دارند. یکی از این سوالات ممکن است به زودی پاسخ داده شود: آیا چگالی انرژی خلا در طول زمان ثابت است؟

به عقیده «استوارت ویث»(Stuart B. Wyithe) از دانشگاه ملبورن و «اوی لوئب»(Avi Loeb) از مرکز اخترفیزیک هاروارد اسمیتسون، با بررسی توده‌های دوردست هیدروژن می‌توان به سرنخ‌هایی از تاریخچه انرژی تاریک دست یافت.

نموداری برای نشان دادن انبساط جهان

لوئب دراین باره می‌گوید: "به نظر می‌رسد که چگالی انرژی خلا در طول زمان به عنوان یک ثابت کیهانی یکسان بوده باشد. اما این موضوع باید آزمایش شود. پاسخ این پرسش می‌تواند غافل‌گیر کننده باشد."

انرژی تاریک برای اولین بار در تئوری نسبیت عام انیشتین مطرح شد. انیشتین عقیده داشت که جهان ایستاست و برای همین ثابتی را وارد معادلات خود کرد. نیروی دافعه‌ای که اثر گرانش را در جذب کهکشان‌ها به سوی یکدیگر خنثی می‌نمود. وقتی ادوین هابل انبساط جهان را کشف کرد، انیشتین ثابت کیهانی را دور انداخت و شایع است که آن را بزرگ‌ترین اشتباه خود نامید.

در سال ۱۹۹۸، دو تیم از منجمان کشف کردند که سرعت انبساط جهان به جای آنکه به دلیل نیروی گرانش بین کهکشان‌ها کاهش یابد، در حال افزایش است. آن‌ها در قالب انرژی تاریک دوباره ثابت انیشتین را احیا کردند. در حالی که انرژی تاریک مشخصا وجود دارد و اثرات آن به وضوح توسط منجمان قابل مشاهده است، کسی نمی‌داند که چه چیز باعث به وجود آمدن این انرژی شده است و یا این اینکه آیا ثابت فوق واقعا در طول زمان ثابت است یا خیر. ویث می‌گوید: «منشا انرژی تاریک بزرگترین معمای لاینحل اخترفیزیک است».

تحقیق راجع به انرژی تاریک

منجمان برای اینکه رفتار انرژی تاریک را در گذشته بفهمند باید نواحی دوردست کیهان را بررسی کنند. مناطقی که میلیاردها سال طول کشیده است تا نور آن‌ها به زمین برسد. در مناطقی این چنین دوردست، کهکشان‌ها و ابرنواخترها – علائم راهنمایی که در بررسی انرژی تاریک درهمسایگی ما از آنها استفاده می‌شود- تقریبا غیرقابل مشاهده هستند. بنابراین علائم راهنما و شاخصه‌های دیگری مورد نیاز است.

ویث و لوئب بررسی تشعشعات رادیویی از هیدورژن خنثی را پیشنهاد می‌کنند. طول موج این تشعشعات از ۲۱ سانتی‌متر شروع می‌شود و با فرآیند انبساط جهان افزایش می‌یابد (به این فرآیند انتقال سرخ گفته می‌شود).

وقتی جهان دوباره به وسیله‌ی کهکشان‌های اولیه یونیزه شد (زمانی در همان چند میلیارد سال اول)، درصد کمی از اتم‌های هیدروژن به طور طبیعی و خنثی باقی ماندند و در توده‌های بزرگ توانستند از این مرحله جان سالم به در ببرند. تا پیش از این بررسی‌ها، منجمان نمی‌دانستند که می‌توان طول موج ۲۱ سانتی‌متر تابش شده به وسیله‌ی هیدروژن باقی‌مانده را شناسایی کرد.

ویث و لوئب نشان داده‌اند که رصدخانه‌های آینده می‌توانند طول موج ۲۱ سانتی‌متر جهان دوردست و جوان را شناسایی کنند حتی اگر بیشتر آن یونیزه شده باشد. علاوه بر آن، اگرچه شدت سیگنال بعد از دوباره یونیزه شدن کاهش می‌یابد اما شدت نویز نیز کم می‌شود. در حقیقت، طول موج ۲۱ سانتی‌متر تابش شده به وسیله‌ی هیدروژن خنثی می‌تواند از زمان حاضر تا زمانی که جهان فقط ۲۰۰ میلیون سال سن داشت (یعنی انتقال به سرخ ۱۵) شناسایی شود.

بنابر نظر لوئب: "هیچ راه حل عملی دیگری برای بررسی انرژی تاریک در این انتقال به سرخ‌های بالا وجود ندارد."

امواج صوتی کیهانی

در لحظات ابتدایی پیدایش جهان، تغییرات اندک چگالی انرژی باعث ایجاد نوساناتی شد که درست مانند موج‌های یک استخر آب به صورت امواجی در گستره‌ی جهان شروع به انتشار کردند. در زمان حاضر، اندازه بیرونی‌ترین موج حدود ۵۰۰ میلیون سال نوری است. این امواج صوتی کیهانی روی ساختارهای بزرگ مقیاس هستی و توزیع کهکشان‌ها تاثیراتی گذاشتند. این اثرات اخیرا در بررسی کهکشان‌ها در طول موج فروسرخ آشکار شده‌اند.

به دلیل نوسانات صوتی کهن، گاز هیدروژن خنثی نیز باید الگوهایی شبیه الگوی توزیع کهکشان‌ها داشته باشد. با بررسی توزیع هیدروژن در لحظات اولیه‌ی پیدایش جهان در مقیاس بزرگ،‌ منجمان قادر خواهند بود تا چگونگی اثر انرژی تاریک را بر رشد و گسترش ساختار را در چند میلیارد سال حساس ابتدایی دریابند.

از نظر تئوری، ابزارهای در حال ساخت امروزی نظیر آرایه‌ی وسیع «مورکیسون»(Murchison) و توسعه‌ی آن در آینده ، می¬توانند طول موج ۲۱ سانتی‌متر ارسالی از هیدروژن را در ۱ تا ۴ میلیارد سال اولیه¬ی تاریخ جهان (متناظر با انتقال به سرخ ۱.۵ تا ۶) آشکار نمایند.

ویث این‌گونه تشریح می‌کند:‌«گستره‌ی وسیع انتقال به سرخی که می‌توانیم بررسی نماییم بسیار مهم است چرا که در این صورت می‌توانیم سیگنال ارسال شده را آشکار کنیم مستقل از اینکه کی جهان دوباره یونیزه شده باشد».

http://masoud۷۸۷۳.blogfa.com/post-۱۴۶۰.aspx

×

‹›