انرژی تاریک چقدر قوی است؟

انرژی تاریک چقدر قوی است؟

یافته‌های جذاب از کاتالوگ جدید ابرنواختر

بزرگترین نمونه ابرنواختر نوع Ia که تاکنون توسط یک تلسکوپ ساخته شده است، ماهیت انرژی تاریک را روشن می‌‌کند.

تصویر بررسی انرژی تاریک نمونه‌ای از یک ابرنواختر کشف شده توسط Dark Energy Survey در میدانی که توسط یکی از آشکارسازهای منفرد در دوربین انرژی تاریک پوشانده شده است. این ابرنواختر در یک کهکشان مارپیچی با انتقال به سرخ = 0.04528 منفجر شد که مربوط به زمان سفر نوری در حدود 0.6 بیلیون سال است که یکی از نزدیکترین ابرنواخترهای نمونه است. در قسمت داخلی، ابرنواختر یک نقطه کوچک در سمت راست بالای مرکز کهکشان درخشان است.

 همکاری DES

ما نزدیک به 100 سال است که می‌دانیم جهان در حال انبساط است. اما تنها در آغاز قرن بیست و یکم، اخترشناسان دریافتند که انبساط در واقع در حال افزایش است. اکنون، یک مطالعه جدید نشان می‌دهد که این پدیده ممکن است ضعیفتر از آن چیزی باشد که ما فکر می‌کردیم.

انرژی تاریک چیست؟

کشف اولیه شتاب کیهانی در اواخر دهه 1990 از مطالعه چند ده ابرنواختر نوع Ia یا ستاره‌های کوتوله سفید در حال انفجار بود. این ابرنواخترها شمع‌های استانداردی هستند، به این معنی که با درخشندگی ثابتی منفجر می‌شوند که سپس می‌توان آن را با روشنایی ظاهری آنها برای اندازه‌گیری فاصله آنها مقایسه کرد. با کمال تعجب، نور تمام این انفجارهای باستانی به گونه‌ای تغییر می‌کند که نشان می‌دهد آنها از ما – و از یکدیگر – بسیار سریع‌تر از حد انتظار دور می‌شوند و هر چه انفجار دورتر شروع می‌شد، سریعتر حرکت می‌کرد.

اینکه دقیقاً چرا سرعت انبساط کیهان در حال شتاب است هنوزبه صورت یک سوال باقیمانده است. چیزی که ما می‌دانیم این است که اگر انبساط جهان فقط توسط ماده انجام می‌گرفت این اتفاق نمی‌افتاد. چیز دیگری در حال وقوع است و ما نمی‌دانیم چیست. دانشمندان این علامت سوال کیهانی را انرژی تاریک می‌نامند.

انرژی تاریک برخلاف انرژی معمولی نیست و تاریک هم نیست. حتی ممکن است انرژی نباشد! این یک کیفیت ناشناخته و دافعه است که ذاتی خلاء فضا است و عموماً تصور می شود در همه جا و همه جا یکسان رفتار می‌کند. در واقع، کیهان‌شناسان ساده‌ترین نسخه انرژی تاریک، به نام ثابت کیهانی یا لامبدا (Λ) را در مدل استاندارد کیهان شناسی بیگ بنگ ادغام کرده‌اند. تا کنون، بهتر از هر چیز دیگری برای توضیح مشاهدات ما از جهان عمل کرده است.

اما اکنون، یک مطالعه جدید بر روی هزاران ابرنواختر نوع Ia در Dark Energy Survey (DES) که به زودی در مجله Astrophysical منتشر می شود، نشان می دهد که انرژی تاریک ممکن است «به اندازه ستاره‌ها ثابت نباشد».

تامارا دیویس (دانشگاه کوئینزلند استرالیا) می‌گوید: «دلیل اینکه انرژی تاریک بسیار هیجان‌انگیز است، این است که ممکن است یکی از معدود کاوشگرهای رصدی باشد که می‌تواند ما را در جهت یک نظریه واقعی و کامل راهنمایی کند.»

بررسی انرژی تاریک و ابرنواخترهای آن

در طی یک بررسی پنج ساله، اخترشناسان از یک دوربین ویژه نصب شده بر روی تلسکوپ 4 متری ویکتور ام. بلانکو در رصدخانه بین آمریکایی سرو تولولو برای کشف 1635 ابرنواختر نوع Ia از صدها کهکشان مختلف استفاده کردند که در محدوده وسیعی از فواصل پراکنده شده‌اند. نور این ابرنواخترها بین 1 تا 9 بیلیون سال سن دارد. این تیم با استفاده از تکنیک شمع استاندارد فوق، نرخ انبساط کیهان را محاسبه کردند  و اولین محدودیتهای خوب را برای انرژی تاریک ایجاد کردند.

نمودار جدید هابل با بیش از 1000 ابرنواختر ترسیم شده تاریخچه جهان انبساط را می‌توان با مقایسه سرعتهای فرورفتگی کهکشانها (به دلیل انبساط فضا) با فواصل تعیین شده برای هر ابرنواختر ردیابی کرد. مطالعه جدید تأیید می‌‌ند که انبساط با زمان کیهانی، یعنی امضای انرژی تاریک، شتاب گرفته است. با این حال این سوال باقی می ماند که آیا انرژی تاریک با زمان تغییر می‌کند یا خیر.

همکاری DES

در ساده‌ترین نظریه، انرژی تاریک انرژی ذاتی در خلاء فضای خالی است. نوعی فشار منفی دارد که فضازمان را کشیده و همه چیز را از هر چیز دیگری دور می‌کند. در طول مکان و زمان ثابت است، به همین دلیل است که ثابت کیهانی نامیده می‌شود. اما نظریه‌های دیگری وجود دارد که نشان می‌دهد انرژی تاریک ممکن است کم و بیش متراکم در سراسر جهان باشد.

برای توصیف انرژی تاریک، فیزیکدانان معادله حالت آن را محاسبه می‌کنند که به صورت فشار = w * چگالی نوشته می‌شود. مقدار w ماهیت انرژی تاریک را تعیین می‌کند و مقادیر مختلف پیامدهای متفاوتی برای سرنوشت جهان دارند. ساده‌ترین سناریو w=−1 است، به این معنی که انرژی تاریک مانند مدل استاندارد یک ثابت کیهانی است. در این حالت، جهان به انبساط ادامه خواهد داد تا زمانی که همه چیز در یک سرمای بزرگ به صفر مطلق سرد شود. اگر w کوچکتر از 1- بود، چگالی انرژی تاریک افزایش می‌یابد و همه چیز می‌تواند به طرز چشمگیری در یک شکاف بزرگ پایان یابد.

دیویس می‌گوید: «ما اساساً سؤال ساده‌ای را می‌پرسیم: «آیا انرژی تاریک ثابت است؟ یا تغییر می کند؟»

با مقایسه روشنایی مشاهده‌شده این مجموعه داده عظیم جدید از ابرنواخترها با انتظارات نظری برای مقادیر مختلف w، تیم DES اندازه‌گیری 0.8- w را پیدا کرد، به این معنی که ثابت کیهانی بهترین تناسب با داده‌های آنها نیست.

اما دیویس خاطرنشان می‌کند که نتیجه آنها اختلاف زیادی ایجاد نمی‌کند. برای مثال، به طور کامل بیگ چیل را رد نمی‌کند، زیرا نوسانات تصادفی در داده‌ها می‌تواند سیگنالی را بازتولید کند که در حدود 5٪ مواقع پیدا می‌کنند.

او می افزاید: «اما به اندازه کافی وسوسه‌انگیز است. شاید جهان آنطور که ما فکر می‌کردیم ساده نباشد.»

بنابراین، در حالی که هنوز این امکان وجود دارد که انرژی تاریک در طول زمان و مکان اثر ثابتی داشته باشد، ایده‌های جایگزین، با تغییرات جزئی در چگالی انرژی تاریک در زمان کیهانی، ممکن است و اگر در مورد بیگ ریپ نگران بودید، می توانید آرامش داشته باشید. به نظر می رسد اندازه‌گیری جدید آن را رد کرده است.

یک راه رو به جلو

در این بین، مشاهدات در مقیاس بزرگتر مورد نیاز است تا ببینیم آیا نتایج DES قابل تکرار هستند یا خیر.

صرف نظر از اینکه انرژی تاریک یک ثابت کیهانی است یا خیر، پیشرفت در فناوری و تکنیک‌هایی که DES نشان می‌دهد و متعاقباً سهم عظیم داده‌های ابرنواخترهایی که این مطالعه ارائه کرده است را نمی‌توان دست کم گرفت.

مایکل ریگوئالت (مرکز ملی تحقیقات علمی فرانسه)، که بخشی از این همکاری نبود، به‌ویژه تحت تأثیر تکنیک یادگیری ماشینی است که گروه را قادر می‌سازد تا ابرنواخترها را تنها با استفاده از داده‌های روشنایی کشف کند. ریگو می‌گوید: «آنها فقط از یک دوربین استفاده کردند و با این تکنیک جدید، نه تنها چند صد، بلکه بیش از 1000 ابرنواختر را کشف کردند.

در مورد اختلاف در اندازه‌گیری انرژی تاریک، او چندان مطمئن نیست. او خاطرنشان می‌کند: «این یک نوسان جالب است. من فکر می‌کنم هنوز هم می‌توانیم انرژی تاریک را یک ثابت کیهانی در نظر بگیریم. اما خواهیم دید.»

​

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

HOW STRONG IS DARK ENERGY? INTRIGUING FINDINGS FROM NEW SUPERNOVA CATALOG

BY: ARWEN RIMMER JANUARY 24, 2024

https://skyandtelescope.org/astronomy-news/cosmology/how-strong-is-dark-energy-intriguing-findings-from-new-supernova-catalog/