بیگ بنگ: کیهان در حال انبساط است. پرسش این است که چگونه به اینجا رسیدیم؟ به کجا می‌رویم؟ و چقدر طول خواهد کشید؟ دانشمندان مرگ یک ستاره را پنج بار رصد کردند که نشان می‌دهد کیهان با چه سرعتی در حال انبساط است.

به گزارش بیگ بنگ، اینها پرسش‌های اساسی هستند که ما در مطالعه‌ی کیهان سعی در پاسخگویی به آنها داریم؛ چیزی که کیهان‌شناسی نامیده می‌شود. یکی از معمای کیهان‌شناسی سرعت انبساط کیهان است که با عددی به نام “ثابت هابل” اندازه‌گیری می‌شود. کمی تنش در اطراف آن وجود دارد.

در دو مقاله‌ی جدید به سرپرستی “پاتریک کلی” در دانشگاه مینه‌سوتا، ما با موفقیت از تکنیک جدیدی استفاده کرده‌ایم – شامل نور یک ستاره‌ی در حال انفجار که از طریق مسیرهای پیچ در پیچ متعدد در کیهانِ در حال انبساط به زمین رسیده است – تا ثابت هابل را اندازه بگیریم. این مقالات در مجلات Science و The Astrophysical Journal منتشر شده‌اند. و اگر نتایج ما تنش را کاملاً حل نکند، با این حال سرنخ دیگری به ما می‌دهد – و سؤالات بیشتری برای پرسیدن.

شمع‌های استاندارد و کیهان در حال انبساط

ما از دهۀ 1920 می‌دانیم که کیهان در حال انبساط است. در سال 1908، اخترشناس آمریکایی “هنریتا لیویت” راهی برای اندازه‌گیری درخشندگی ذاتی نوعی ستاره به نام «متغیر قیفاووسی» پیدا کرد – متغیرهای قیفاووسی مهمترین ستارگان تپنده‌ای هستند که تغییر‌پذیری زیاد و واضحی را نشان می‌دهند. قیفاووس‌ها در یک چرخه‌ی منظم روشن‌تر و کم‌نورتر می‌شوند و “لیویت” نشان داد که روشنایی ذاتی آنها مربوط به طول این چرخه است.

“قانون لیویت” به دانشمندان اجازه می‌دهد از قیفاووس‌ها به عنوان «شمع‌های استاندارد» استفاده کنند: «اجرامی که روشنایی ذاتی آنها مشخص است و بنابراین، فاصله‌ی آنها قابل محاسبه می‌باشد.»

اما چگونه کار می‌کنند؟ تصور کنید شب است و شما در یک خیابان طولانی و تاریک ایستاده‌اید که تنها چند تیر چراغ برق در خیابان قرار دارد. حالا تصور کنید هر تیر چراغ برق یک نوع لامپ دارد، با یک قدرت یکسان. متوجه خواهید شد که چراغ‌های دورتر کم‌نورتر از بقیه به نظر می‌رسند.

می‌دانیم که نور به نسبت فاصله‌اش محو می‌شود، در چیزی به نام قانون مربع معکوس برای نور. حالا، اگر بتوانید میزان روشنایی هر نور را اندازه بگیرید و اگر از قبل بدانید چقدر باید روشن باشد، می‌توانید بفهمید که هر قطب نور چقدر دور است. در سال 1929، “ادوین هابل” اخترشناس آمریکایی، توانست تعدادی از این ستارگان قیفاووسی را در کهکشان‌های دیگر پیدا کند و فاصله‌ی آنها را اندازه بگیرد – و از این فاصله‌ها و اندازه‌گیری‌های دیگر، تشخیص دهد که کیهان در حال انبساط است.

روش‌های مختلف نتایج متفاوتی را به همراه دارند

روش شمع استاندارد، روشی قدرتمند است که به ما امکان می‌دهد کیهان وسیع را اندازه‌گیری کنیم. ما همیشه به دنبال شمع‌های متفاوتی هستیم که بتوان آنها را بهتر اندازه گرفت و در فواصل بسیار دورتری دید.

برخی از تلاش‌های اخیر برای اندازه‌گیری کیهان دورتر از روی زمین، مانند پروژۀ SH0ES، به سرپرستی برنده‌ی جایزه نوبل، “آدام ریس” از قیفاووس‌ها در کنار نوعی ستاره‌ی در حال انفجار به نام ابرنواختر نوع Ia استفاده کرد که می‌تواند به‌عنوان یک شمع استاندارد نیز مورد استفاده قرار گیرد.

روش‌های دیگری نیز برای اندازه‌گیری ثابت هابل وجود دارد، مانند روشی که از پس‌زمینه مایکروویو کیهانی استفاده می‌کند – نور یا تشعشعاتی که اندکی پس از بیگ بنگ، منتشر شدند. مشکل این است که این دو اندازه‌گیری، یکی در نزدیکی با استفاده از ابرنواخترها و قیفاووس‌ها، و دیگری بسیار دورتر با استفاده از پس زمینه مایکروویو، تقریباً 10 درصد با هم تفاوت دارند. اخترشناسان این تفاوت را کشش هابل می‌نامند و به دنبال تکنیک‌های اندازه‌گیری جدید برای حل آن هستند.

یک روش جدید: همگرایی گرانشی

در پژوهشی تازه، محققان با موفقیت از یک تکنیک جدید برای اندازه‌گیری نرخ انبساط کیهان استفاده کردند. این کار بر اساس یک ابرنواختر به نام Refsdal انجام شده است. در سال 2014، تیم دانشمندان چندین تصویر از یک ابرنواختر مشابه را مشاهده کردند – اولین‌باری که چنین ابرنواختر «لنزداری» مشاهده شد. به جای اینکه تلسکوپ هابل یک ابرنواختر را ببیند، محققان پنج ابرنواختر را دیدند!

چگونه این اتفاق می‌افتد؟ نور ابرنواختر در همۀ جهات خاموش شد، اما در فضایی که توسط میدان‌های گرانشی عظیمِ خوشه‌ای از کهکشان‌ها منحرف شده بود، حرکت کرد، که بخشی از مسیر نور را به گونه‌ای خم کرد که در نهایت از طریق مسیرهای متعدد به زمین رسید. هر ابرنواختر در مسیری متفاوت در جهان به ما رسیده بود.

تصور کنید سه قطار همزمان از یک ایستگاه خارج می‌شوند. با این حال، یکی مستقیماً به ایستگاه بعدی می‌رود، دیگری سفری طولانی از میان کوه‌ها انجام می‌دهد و دیگری از طریق ساحل حرکت می‌کند. همۀ آن‌ها ایستگاه‌های یکسانی را ترک می‌کنند و می‌رسند، اما سفرهای متفاوتی را انجام می‌دهند و بنابراین در حالی که در یک زمان حرکت می‌کنند، اما در زمان‌های متفاوتی می‌رسند.

بنابراین، تصاویر لنز ما همان ابرنواختر را نشان می‎دهند که در یک نقطه‌ی خاص از زمان منفجر شده است، اما هر تصویر مسیر متفاوتی را طی کرده است. با نگاه کردن به ورود هر یک از ابرنواخترها به زمین – که یکی از آنها در سال 2015 اتفاق افتاد، پس از اینکه ستاره‌ی در حال انفجار رصد شد – ما توانستیم زمان سفر آنها را اندازه‌گیری و تعیین کنیم چقدر کیهان در حین گرفتن این تصویر، رشد کرده است.

آیا ما هنوز آنجا هستیم؟

ما به یک اندازه‌گیری متفاوت، اما منحصر به فرد از رشد کیهان دست یافتیم. در مقالات، متوجه می‌شویم که این اندازه‌گیری جدید به اندازه‌گیری پس‌زمینه مایکروویو کیهانی نزدیک است، نه اندازه‌گیری قیفاووس و ابرنواختر. با این حال، بر اساس مکان آن، باید به اندازه‌گیری قیفاووس و ابرنواختر نزدیک‌تر باشد.

در حالی که این به هیچ وجه بحث را حل نمی‌کند، سرنخ دیگری برای بررسی به ما می‌دهد. ممکن است مسئله‌ای با اهمیتِ ابرنواختر یا خوشه‌های کهکشانی و مدل‌هایی که باید برای همگرایی اعمال شوند، یا چیز دیگری وجود داشته باشد. ما همانند بچه‌هایی هستیم که در صندلی عقب ماشین در یک سفر جاده‌ای می‌پرسند «آیا هنوز نرسیده‌ایم.» اما باید بگوییم که ما هنوز نمی‌دانیم.

ترجمه: سحر الله‌وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: sciencealert.com