دانشمندان در بزرگترین نقشه کهکشان به دنبال پاسخ هستند
این هفته، اخترفیزیکدانان بزرگترین نقشه جهان را ارائه کردند.
با تعیین موقعیت 7.5 میلیون کهکشان، این نقشه بزرگتر و با جزئیات بیشتر از مجموع همه پیشینیان خود است. و به هیچ وجه کامل نیست. این تیم با استفاده از ابزار بسیار دقیق طیف‌سنجی انرژی تاریک (DESI)، مختصات یک میلیون کهکشان در ماه را با برنامه‌ریزی برای اجرا تا سال 2026 اضافه می‌کند. اطلس نهایی یک سوم آسمان را پوشش می‌دهد و شامل 35 میلیون کهکشان تا 10 می‌شود. میلیارد سال نوری دورتر
البته، این نقشه خاص ارزش عملی زیادی برای کاوشگران فضایی نخواهد داشت. حتی با سرعت نور، ده ها هزار تا میلیون ها سال طول می کشد تا به نزدیک ترین همسایگان کهکشانی خود برسیم. بدون وجود شبکه مناسبی از کرم‌چاله‌های بین کهکشانی، احتمالاً در آینده قابل پیش‌بینی در کهکشان خانگی خود گیر کرده‌ایم. اما نقشه هدف دیگری دارد.
جولین گای از آزمایشگاه ملی لارنس برکلی به وایرد گفت: «این پروژه یک هدف علمی خاص دارد: اندازه‌گیری بسیار دقیق انبساط پرشتاب جهان». دانشمندان امیدوارند با اندازه‌گیری انبساط در طول زمان، نوری بر انرژی تاریک – نیروی مرموزی که به نظر می‌رسد جهان را متلاشی می‌کند – بتابانند و سرنوشت نهایی کیهان را پیش‌بینی کنند.
نقشه کشی کیهانی
برای مکان یابی کهکشان ها، DESI از مجموعه ای از 5000 کابل فیبر نوری استفاده می کند که توسط موتورهای روباتیک در فاصله 10 میکرون، کمتر از ضخامت موی انسان قرار گرفته اند. این موقعیت دقیق به این ابزار اجازه می‌دهد فوتون‌های 5000 کهکشان دور را در یک زمان جمع‌آوری کند، طیف‌های آنها را با جزئیات ثبت کند و تعیین کند که نور در طول سفر به زمین چقدر به قسمت‌های قرمزتر طیف کشیده شده است. این “انتقال به سرخ” ناشی از انبساط جهان است و نشان می دهد که یک کهکشان چقدر دور است – هر چه نور قرمزتر باشد، دور کهکشان بیشتر است – بنابراین بعد سومی به نقشه های کهکشان اضافه می شود.
در حالی که تلاش‌های قبلی مانند Sloan Digital Sky Survey کند و خسته‌کننده بود – با حفاری دستی توسط دانشمندان و تغییر موقعیت سنسورها – DESI سریع و خودکار است تا جایی که اپراتورهای خود را در هر تغییری خسته می‌کند. اما این جابه‌جایی‌ها شگفت‌انگیز هستند و هر کدام حدود 100000 کهکشان را به نقشه اضافه می‌کنند.
مقیاس بزرگ است. کهکشان‌های منفرد، هر کدام با صدها میلیارد ستاره، به نقاط نورانی کاهش می‌یابند که در رشته‌ها، خوشه‌ها و حفره‌های عظیم جریان دارند. «[اینها] بزرگترین ساختارهای جهان هستند. اما در درون آنها، شما ردپایی از جهان بسیار اولیه و تاریخچه انبساط آن از آن زمان را پیدا می کنید.» گای در بیانیه ای گفت.
با مقایسه شرایط اولیه کیهان درست پس از بیگ بنگ با انبساط آن از آن زمان، تیم امیدوار است که درک بهتری از چگونگی تغییر انرژی تاریک در طول زمان به دست آورد.
یک راز عمیق
در دهه 1990، مطالعاتی به رهبری سائول پرلموتر از آزمایشگاه ملی لارنس برکلی و برایان اشمیت از دانشگاه ملی استرالیا برای اندازه گیری انبساط جهان تلاش کردند. فرض بر این بود که ماده جهان – از جمله ستارگان، سیارات، غبار، گاز و ماده تاریک – مانند یک ترمز برای انبساط آن عمل می کند. مانند توپی که به هوا پرتاب می شود، کشش گرانش باعث کاهش سرعت جهان می شود.
اگر بتوانید سرعت انبساط جهان را اندازه گیری کنید، می توانید مسیر آینده آن را پیش بینی کنید. آیا تحت نیروی ماده خود متوقف می شود و مسیر معکوس می یابد و در یک بحران بزرگ منفجر می شود؟ آیا برای همیشه گسترش خواهد یافت و در نهایت خود را از هم خواهد پاشید؟ یا به تعادل نزدیک می شود، جایی که نرخ انبساط نزدیک به صفر است؟
این تیم ها نور ابرنواخترهایی با درخشندگی شناخته شده را جمع آوری کردند – این شمع ها در اخترفیزیک شمع های استاندارد نامیده می شوند – تا سرعت انبساط را اندازه گیری کنند. نتایج آنها، به بیان خفیف، تعجب آور بود. آنها به جای کاهش سرعت، دریافتند که انبساط در طول زمان شتاب می گیرد. مقداری نیروی غول‌پیکر با گرانش مقابله می‌کرد و دانشمندان کمترین سرنخی را نداشتند که این جاذبه چیست.
کیهان شناس، مایکل ترنر، این نیرو را «انرژی تاریک» نامید و آن را «عمیق ترین راز در کل علم» نامید. اکنون، مسابقه برای درک بهتر انرژی تاریک با کنار هم قرار دادن تاریخچه دقیق تری از تکامل کیهان ادامه دارد.
چگونه جهان به پایان می رسد
اگر انبساط ادامه یابد، جهان هرگز واقعاً پایان نخواهد یافت. در طول اعصار غیرقابل تصور، هر مرتبه بزرگتر از سن کنونی جهان، انبساط کهکشان ها را از هم جدا می کند، ستاره ها را از بین می برد و ماده را به اجزای اولیه اش می شکند. وضعیت پایانی جهان یک عصر تاریک سرد و ابدی خواهد بود.
اما دانشمندان به طور کامل انرژی تاریک را درک نمی کنند یا سرنوشت جهان را با قطعیت نمی دانند. به همین دلیل است که مشاهدات پروژه هایی مانند DESI بسیار مهم است. دانشمندان امیدوارند با نقشه‌برداری از ساختار بزرگ جهان در طول زمان، چگونگی تغییر سرعت انبساط – و شاید انرژی تاریکی که آن را هدایت می‌کند – و چگونه ممکن است در آینده ترسیم کنند.
DESI تنها پروژه نقشه برداری موجود نیست. پروژه‌های دیگر، مانند پروژه‌هایی که توسط فضاپیمای اقلیدس آژانس فضایی اروپا و تلسکوپ رومی نانسی گریس ناسا انجام می‌شود، با نگاهی عمیق‌تر به کیهان و فهرست‌بندی کهکشان‌های حتی پیش‌تر از زمانی که تنها چند میلیارد سال قدمت داشت، یافته‌های DESI را تکمیل خواهند کرد. دانشمندان مشتاق هستند که این انبار داده را استخراج کنند تا داستان منشأ جهان را بیشتر اصلاح کنند.
گای به نیوساینتیست گفت: «در پنج سال آینده، ما امیدواریم که انحرافی از این مدل کیهان‌شناسی پیدا کنیم که به ما نشان دهد که واقعاً چه اتفاقی می‌افتد. “زیرا امروز ما کمی در یک مدل ساده گیر کرده ایم که داده ها [ما] را به خوبی توصیف می کند، اما هیچ اطلاعات جدیدی به ما نمی دهد.”