فیزیکدانان ایرانی راز شکل گیری انرژی تاریک را آشکار کردند - وبلاگ ساختمان

به گزارش وبلاگ ساختمان، تحقیقات نو پژوهشگران ایرانی که با انتشار در نشریه نجوم سلطنتی، نشان می دهد فضاهای بزرگ تقریبا پوچ کامل که بیشتر کیهان را تشکیل می دهند، ممکن است باعث شکل گیری انرژی تاریک و افزایش سرعت انبساط کیهان شوند.

یافته تازه دانشمندان بدان معناست که بخش های بزرگ پوچ در کیهان، می توانند نیروی اسرارآمیز انرژی تاریک را که به نظر می رسد باعث توسعه دنیا و از هم دور شدن اجزای آن می گردد، شرح دهند.

ورود به نیستی

از منظومه شمسی و کهکشان راه شیری که فراتر برویم یک الگوی جالب نمایان می گردد: شبکه یا تار کیهانی (Cosmic Web) که بزرگ ترین الگوی موجود در طبیعت است.

در چنین مقیاس هایی، جایی که کل کهکشان ها فقط به صورت نقطه های کوچکی از نور به نظر می رسند، ستاره شناسان نوارهای بلند و باریکی از کهکشان ها به نام رشته ها (Filaments) و توده های چگال به نام خوشه ها (Clusters) را مشاهده می نمایند و بین آن ها، گستره وسیعی تقریبا خالی کامل است.

این منطقه ها بایر که ناحیه پوچ (Void) نام دارند، حفره های بزرگ کیهانی هستند که حتی کوچک ترین آنها 20 میلیون سال نوری وسعت دارد و بزرگ ترین آن ها می تواند بیش از 160 میلیون سال نوری وسعت داشته باشد.

مانند شکاف های یک تار عنکبوت، این حفره ها با وجود اینکه تقریبا دارای هیچ ماده ای نیستند، بیشتر حجم کیهان را تشکیل می دهند. در واقع، جدای از خود تار کیهانی که از یک سر دنیا قابل مشاهده به سمت دیگری کشیده شده است، حفره های کیهانی بزرگ ترین بخش منفرد در کیهان هستند.

قدرت هیچ

ستاره شناسان حفره های کیهانی را برای نخستین بار در اواخر دهه 1970 شناسایی کردند، اما این بخش های کیهان از آن موقع تا حد زیادی نادیده گرفته شده اند. اخترشناسان و کیهان شناسان در عوض بر ساختارهای پرنور دنیا مانند کهکشان ها و خوشه ها متمرکز شده اند و بر همین اساس، در دهه 1990 میلادی یک شگفتی را کشف کردند: انرژی تاریک.

انرژی تاریک (Dark Energy) نامی است که به انبساط شتاب یافته مشاهده شده کیهان داده شده است. این بدان معناست که نه تنها کیهان هر روز در حال توسعه است، بلکه هر لحظه که می گذرد، فرایند این توسعه سریع تر می گردد.

دانشمندان هیچ سرنخی درباره اینکه چه چیزی باعث این دوره انبساط شتاب دار کیهان شده است، ندارند. دوره ای که به نظر می رسد حدود 5 میلیارد سال پیش آغاز شده است و همچنان ادامه دارد. بنابراین اصطلاح انرژی تاریک، را که نام جالبی برای یک معمای بزرگ کیهانی است، به کار می برند.

اما فضاهای خالی کیهانی چه ارتباطی به انرژی تاریک دارند؟

یک ایده این است که اثرات انبساط شتابان کیهان در داخل منظومه های ستاره ای یا کهکشان ها احساس نمی گردد. زیرا در این ابعاد، گرانش ماده به میزان کافی قوی است که کاملا بر انبساط کیهان غلبه کند. برای مثال، نه منظومه شمسی خودمان و نه کهکشان راه شیری به علت انرژی تاریک بزرگ تر نمی شوند.

اما چون نواحی پوچ کیهانی، تقریبا کاملا خالی از ماده هستند، تأثیرات انرژی تاریک را بسیار راحت تر احساس می نمایند. بنابراین منطقی است که ماهیت این توسعه شتاب دار کیهان را در جایی که تأثیر آن قوی تر است، آنالیز کنیم.

و اکنون یک مقاله تحقیقاتی تازه از سوی تیمی از فیزیکدانان نظری ایرانی به سرپرستی دکتر ابراهیم یوسفی (Ebrahim Yusofi Ramneti) از پژوهشگاه دانش های بنیادی و دانشگاه آزاد آمل، این جهت فکری را یک گام جلوتر می برد. این محققان در مقاله ای که در ماه جولای برای چاپ در نشریه انجمن نجوم سلطنتی (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters) پذیرفته شد، عنوان نموده اند که انرژی تاریک نه تنها در حفره ها یافت می گردد، بلکه به وسیله آن ها ایجاد می گردد.

از دل تاریکی

چگونه این نواحی غول آسا می توانند باعث انبساط شتابان کیهان شوند؟ به گفته نویسندگان، پاسخ این نیست که فقط به وجود داشتن حفره های کیهانی نگاه کنیم، بلکه باید پویایی آن ها را هم درنظر بگیریم.

حفره های کیهانی به سادگی وجود ندارند. مانند تمام ساختارهای بزرگ دیگر در دنیا، آن ها از آغازی کوچک به شکل بزرگ کنونی خود رشد نموده اند. میلیاردها سال پیش، تمام مواد موجود در کیهان تقریبا به طور مساوی پخش شده بودند و هیچ تفاوت چگالی زیادی در نقاط مختلف کیهان وجود نداشت.

اما با گذشت زمان، هر مکانی که کمی بیشتر از حد میانه ماده را داشت، آغاز به جذب ماده بیشتری به سمت خود کرد. با تجمع ماده بیشتر، رشد این منطقه هم بیشتر شد و طی میلیاردها سال، ماده کافی برای تشکیل کهکشان ها، گروه ها و خوشه ها انباشته شد.

با رشد این ساختارها، فضاهای خالی هم بزرگ و بزرگ تر شدند. اما به جای اینکه آن را به عنوان یک فرآیند غیرفعال ببینیم، می توانیم رشد حفره ها را به عنوان عاملی برای فشار آوردن بر ساختارهای اطراف آن ها در نظر بگیریم.

برای نمونه با رشد حفره ها، دیواره های کهکشان های بین آن ها به طور پیوسته نازک و در نهایت ناپدید می شوند و به فضاهای خالی اجازه ادغام می دهند. در چند میلیارد سال آینده، توسعه حفره ها به از بین رفتن تار کیهانی ختم می گردد و همه مواد را به توده های جداگانه ای تبدیل می نماید که با صدها میلیون سال نوری خلأ از هم جدا شده اند.

این فشار، درست مانند هر منبع دیگر ماده یا انرژی در دنیا، فضا-زمان را در اطراف حفره ها دچار اعوجاج می نماید. اعوجاج فضا-زمان به این معنی است که توسعه حفره ها، به کهکشان ها در مرزهایشان فشار می آورد و باعث می گردد که با وجود جذب شدن بر اثر نیروی گرانشی، کهکشان ها از هم جدا شوند.

پژوهشگران دریافتند که اثرات تجمعی فعالیت همه حفره های بزرگ در دنیا برای نابودی تار کیهانی، منجر به انبساط سریع کیهان می گردد. نکته جالب این جاست که قدرت این انبساط شتاب دار ناشی از فضاهای خالی با برآوردهای فعلی انرژی تاریک هم مطابقت دارد.

حالا ستاره شناسان برای آزمودن این ایده به مطالعات بیشتری احتیاج دارند. از جمله باید میزان گیری های بیشتری از حفره ها صورت بگیرد تا فشار ترکیبی آن ها بهتر محاسبه گردد. بعلاوه، به اطلاعات بیشتری درباره خود انرژی تاریک احتیاج است، به ویژه اینکه آیا قدرت آن در چند میلیارد سال گذشته تغییر نموده است یا خیر؟

با این حال، این یک ایده جالب است که شاید انرژی تاریک به وسیله نیروها یا فرآیندهای عجیب در کیهان فراوری نشده نباشد، بلکه صرفا محصول فرعی فرایند طبیعی تکامل نیستی است.

عکس کاور: طرحی گرافیکی از اثر انرژی تاریک بر ساختارهای کیهانی

Credit: IKBFU

Credit: Volker Springel (Max Planck Institute for Astrophysics) et al.

منبع: Live Science