انرژی تاریک چیست؟
جهان سریعتر از تئوریهای قدیمی پیشبینی شده در حال انبساط است. انرژی تاریک، یکی از رمز و رازهای حل نشده کیهانشناسی، ممکن است باعث تسریع در گسترش آن شود. اکنون تصور میشود انرژی تاریک 68٪ از همه چیز در جهان را تشکیل میدهد.
تصاویر شبیهسازی شده توسط اخترفیزیکدان والکر اسپرینگل از موسسه ماکس پلانک در آلمان، نمایانگر رشد ساختار کیهانی (کهکشانها و حفرهها) هنگامی که جهان 0.9 بیلیون، 3.2 بیلیون و 13.7 بیلیون سال سن (اکنون) میباشد. تصویر از Volker Springel/ MPE/Kavli Foundation
انرژی تاریک نامی است که به نیروی اسرارآمیزی داده میشود که باعث میشود سرعت گسترش جهان ما به مرور زمان سرعت بگیرد (عوض کند شدن). این امر برخلاف آنچه ممکن است انتظار داشته باشید از یک انفجار بزرگ آغاز شده است. اخترشناسان در قرن بیستم یاد گرفتند جهان درحال گسترش است. آنها فکر میکردند که گسترش ممکن است برای همیشه ادامه یابد یا سرانجام – اگر جهان جرم کافی داشته باشد و به همین دلیل، جاذبه کافی داشته باشد – معکوس شود و باعث ایجاد یک مهرمب شود (بيگ كرانچ یا مهرمب) يك نظريه است. بعضي از دانشمندان براين باور هستند كه اين اتفاقي است كه ميتواند در يك جهان بسته بيفتد. جهان از رشد متوقف شده، شروع به كوچك شدن ميكند. كم كم تمام مواد و تشعشعات جهان در يك نقطه طي يك برخورد بزرگ به نام بيگ كرانچ به گرد هم ميآيند. اين عمل برخلاف بيگبنگ (مهبانگ) خواهد بود). اکنون، در اوایل قرن 21، این ایده تکامل یافته است. جهان به نظر میرسد که در حال گسترش سریعتر از بیلیونها سال قبل است. چه چیزی میتواند باعث افزایش نرخ انبساط شود؟ ستارهشناسان اکنون از یک نیروی دافعه به عنوان یک راه ممکن برای درک آن صحبت میکنند.
تا اواخر دهه 1990، اکثر کیهانشناسان معتقد بودند جهان دارای جرم کافی برای ایجاد مهرمب نیست. به طور خاص، به نظر میرسد داده های به دست آمده توسط 2dF Galaxy Redshift Survey و Sloan Sky Sky Survey تأیید میکنند که جهان برای همیشه گسترش مییابد، هرچند که با سرعت بسیار کندی این عمل انجام میشود چون جهان با وجود جرم و وزن خود کوشید تا آن را به عقب برگرداند.
اولین نشانه در سال 1998 در طی بررسی ابرنواخترهای نوع 1A انجام شد. بررسی این انفجارهای بزرگ ستارههای غول پیکر در حال مرگ برای اخترشناسان بسیار مفید است زیرا همواره همان میزان نور را تولید میکنند و بنابراین میتوانند به عنوان “شمعهای استاندارد” برای محاسبه مسافت در کیهان مورد استفاده قرار گیرند. این یک ایده بسیار ساده است. شبها به کرم شبتاب فکر کنید: همه آنها با همان درخشش میدرخشند. با اندازهگیری میزان روشنایی آنها از جایی که هستید، می توانید فاصله آنها را محاسبه کنید.
بررسی در سال 1998 توسط دو گروه بینالمللی ستارهشناسان از جمله آمریکاییها آدام رایس و سائول پرلمتور و برایان اشمیت در استرالیا انجام شد. با استفاده از هشت تلسکوپ در سراسر جهان، هدف آنها استفاده از فاصله ابرنواخترهای نوع 1A برای محاسبه نرخ انبساط جهان، معروف به ثابت هابل است (اگرچه در واقعیت، چون سرعت گسترش جهان با زمان متفاوت است، از نظر فنی، ثابت نیست).
نتایج این تحقیق شگفتآور بود. ابرنواخترهای دوردست، وقتی که جهان فقط 2/3 از سن فعلی خود داشت، منفجر شدند و بسیار ضعیفتر از آنچه که باید بودند و به همین ترتیب بسیار دورتر بودند. پیامد این امر این بود که اگر ایدههای فعلی صحیح بودند، جهان خیلی سریعتر از آنچه باید، گسترش یافته بود.
این نمودار تغییرات در میزان گسترش از زمان تولد جهان در 15 بیلیون سال قبل را نشان میدهد. هرچه منحنی کمعمقتر باشد، سرعت انبساط سریعتر میشود. منحنی به طور چشمگیری در حدود 7.5 بیلیون سال پیش تغییر میکند، هنگامی که اجرام موجود در جهان با سرعت بیشتری حرکت میکنند. اخترشناسان این چنین تصور میکنند که سرعت انبساط سریعتر ناشی از نیروی مرموز و تاریکی به نام انرژی تاریک است. تصویر از NASA/ STSci/ Ann Feild/ HubbleSite.
وقتی این نتایج فاش شد، شک و تردیدهای زیادی در جامعه نجومی مشاهده شد، این مشاهدات به زودی توسط تیمها و روشهای دیگری تکرار میشوند. مشخص شد که گسترش جهان، چنان که معمولاً تصور میشد، کند نمیشود. در واقع در حال شتاب است.
حتی عجیبتر اینکه انبساط تا هفت یا هشت بیلیون سال پس از مهبانگ، آنچنان که انتظار میرفت، در حال کم شدن بود. اما پس از آن ، به دلایل کاملاً ناشناخته، یک “نیروی ضد جاذبه” مرموز شروع به تسلط کرد ، و بر ترمز گرانشی که قرار بود بر انبساط قرار بگیرد، غلبه کرد و سپس سرعت آن را معکوس کرد و شتاب انبساطی دوباره شروع شد.
شما میتوانید تصور کنید که این امر برای ستارهشناسان و کیهانشناسان چقدر شوکه کننده بود.
دانشمندان به نیرویی که مسئول این شتاب است، لقب انرژی تاریک دادهاند. در این حالت، تاریک نه به معنای واقعی کلمه تاریک، به معنای ناشناخته است. لازم به ذکر است انرژی تاریک و ماده تاریک پدیدهای کاملاً نامربوط هستند.
برای افزودن به رمز و راز، به نظر میرسد که خواص این انرژی تاریک عجیب مطابق با کیهانشناسی انیشتین است، که گاهی اوقات فاکتور فرضی نامیده میشود و بعداً توسط خود انیشتین به عنوان بزرگترین اشتباه حرفهای زندگی وی توصیف میشود. انیشتین ایده یک جهان در حال گسترش را مورد تردید قرار داد و كیهانشناسی ایستا را ترجیح داد، كه در اوایل قرن بیستم محبوب بود. او برای مقابله با انبساط مشاهده شده جهان، یک نیروی ضد جاذبه، با منشأ نامشخص اختراع کرد، که منجر به جهانی غیرقابل انبساط میشود.
انرژی تاریک یکی از رمز و رازهای حل نشده کیهانشناسی است. انرژی تاریک مانند نیروی ضدجاذبه انیشتین رفتار میکند، اما ماهیت و منشأ آن ناشناخته است. یکی از بزرگترین رمز و رازهای آن این است که چرا انرژی تاریک شروع به تسلط بر میزان انبساط جهان در یک نقطه خاص از بیلیونها سال پس از انفجار بزرگ کرده است. اگر اکنون وجود دارد، چرا در آن زمان وجود ندارد؟
فیزیک انرژی تاریک بسیار سوداگرانه است. یک ایده که در سالهای اخیر به وجود آمده این است که انرژی تاریک شبیه نیرویی است به نام “quintessence” ، که از خویشاوندان رشته Higgs است. اما تاکنون هیچ مدرک مشاهدهای برای وجود یا رد آن موجود نیست.
کیهانشناسان نیز هیچ فکری ندارند که انرژی تاریک همچنان برای تسریع در انبساط جهان، برای همیشه، ادامه خواهد داد، در آینده که در آن شتاب بر نیروهایی که جهان را در کنار هم قرار میدهند غلبه میکند و به معنای واقعی کلمه تمام ماده را در کیهان جدا میکند (در یک سناریو کابوس معروف به Big Rip).
چندین ماموریت فضایی فعلی و آینده و زمینی وجود دارد که ماهیت انرژی تاریک را بررسی میکنند: از جمله تلسکوپ مداری WFIRST ناسا و بررسی بینالمللی انرژی تاریک مستقر در شیلی.
امید است که به زودی به درک بیشتری از این نیروی مرموز دست پیدا کنیم که چنین تأثیرگذاری بر آینده کیهان دارد، اما برای به دست آوردن این درک، ما نیاز داریم تا یک تاریخچه کاملاً کاملتری از جهان را ترسیم کنیم. با این حال، باستان شناسی 13.7 بیلیون سال بسیار دشوار و وقتگیر است، به طوری که بسیاری از اقشار باستانی در آن تاریخ گمشده یا غیرقابل تصور هستند، بنابراین نمیتوان انتظار داشت که ما افشاگریهای ناگهانی داشته باشیم.
ترجمه: سارا سیدحاتمی
منبع:
What is dark energy?
Posted by Andy Briggs in SPACE | March 31, 2020
https://earthsky.org/space/definition-what-is-dark-energy