بیگ بنگ: یک مطالعه جدید پیشنهاد می‌کند “خلاءهای کیهانی” که بخش زیادی از کیهان را تشکیل می‌دهند، می‌توانند منشاء انبساط شتاب‌دار جهان باشند. در واقع این پهنه‌های وسیع «نیستی» نیروی اسرارآمیز “انرژی تاریک” را تامین می‌کنند!

به گزارش بیگ بنگ، هرگاه تا انتهای منظومه شمسی و کهکشان راه شیری به بیرون زوم کنید، الگوی جالبی به نام «تار کیهانی» نمایان می‌شود که بزرگ‌ترین الگوی قابل‌مشاهده در طبیعت است. در این مقیاس‌، کل کهکشان‌ها مانند نقاط نورانی بسیار کوچک دیده می‌شوند، اخترشناسان می‌توانند اجرام غول‌آسایی را رصد کنند: از ریسمان‌های بلند و باریکی از کهکشان‌ها به نام رشته‌ها‌ (فیلامنت‌ها)گرفته تا انبوه فشرده‌ای از کهکشان‌ها معروف به خوشه‌ها و نواحی گسترده‌ی بین آن‌ها که تقریباً به‌طور کامل خالی هستند. این نواحی خالی، خلاءهای غول‌آسای کیهانی‌ هستند که طول کوچک‌ترین آنها 20 میلیون سال نوری است و بزرگ‌ترین‌شان می‌تواند تا 160 میلیون سال نوری، گستردگی داشته باشد.

با اینکه “خلاءهای کیهانی” تقریباً از ماده تهی هستند، اما مانند شکاف‌های خالی میان یک تار عنکبوت، بیشتر حجم کیهان را تشکیل می‌دهند. در واقع، به غیر از خود تار کیهانی که از یک انتهای جهان قابل‌مشاهده تا انتهای دیگر آن امتداد یافته، خلاءهای کیهانی بزرگ‌ترین موجودیت مستقل در فضا محسوب می‌شوند.

قدرت هیچ

اخترشناسان نخستین‌بار خلاءهای کیهانی را در اواخر دهه 1970 کشف کردند، اما از آن زمان تاکنون این خلاءها تا حد زیادی نادیده گرفته شدند. در عوض، اخترشناسان و کیها‌ن‌شناسان بر ساختارهای درخشان کیهان، نظیر کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی تمرکز کرده‌اند. به لطف این مطالعات، دانشمندان در دهه 1990 موفق شدند چیز شگفت‌انگیزی را کشف کنند: «انرژی تاریک».

“انرژی تاریک” نامی است که به انبساط شتاب‌دار کیهان داده شده، بدین معنی که کیهان نه تنها در حال انبساط است، بلکه هر لحظه انبساط آن نیز شتاب می‌گیرد. اخترشناسان نمی‌دانند که چه چیزی این دورۀ انبساط شتاب‌دار را که ظاهراً 5 میلیارد سال قبل آغاز شده است به پیش می‌راند. از این‌رو با اصطلاح «انرژی تاریک» این معمای پیچیده را توضیح میدهند.

چگونه خلاءها با انرژی تاریک در ارتباط هستند؟

نخست اینکه اثرات انبساط شتاب‌دار، درون منظومه‌های ستاره‌ای یا کهکشان‌ها احساس نمی‌شوند؛ چون در این نواحی کشش گرانشی ماده به‌قدری زیاد است که بر این نیرو غلبه می‌کند. برای مثال، نه منظومه شمسی و نه کهکشان راه شیری هیچکدام در اثر “انرژی تاریک” بزرگتر نمی‌شوند. اما از آنجایی که خلاءها تقریباً به‌طور کامل تهی هستند، اثرات “انرژی تاریک” را آسان‌تر احساس می‌کنند. بنابراین، طبیعی است که ماهیت این انبساط شتاب‌دار را در جایی بررسی کنیم که بیشترین تأثیر را دارد.

یک پژوهش جدید که توسط گروهی از فیزیکدانان نظری ایرانی(به سرپرستی دکتر ابراهیم یوسفی رمنتی از پژوهشگاه دانش‌های بنیادی تهران و مرکز تحقیقات مدیریت و نوآوری دانشگاه آزاد اسلامی واحد آمل) انجام شده، این ایده را یک قدم جلوتر می‌برد. در مقاله‌ای که در ماه جولای در پایگاه داده‌های arXiv ثبت شده و برای چاپ در ماهنامه انجمن سلطنتی نجوم برگزیده شده، نویسندگان مقاله استدلال کردند که “انرژی تاریک” نه تنها در خلاءهای کیهانی یافت می‌شود، بلکه همین خلاءها منشاء “انرژی تاریک” هستند.

بیرون از تاریکی

چگونه این نواحی می‌توانند انبساط شتاب‌دار کیهان را رقم بزنند؟ پاسخ این پرسش بر اساس اظهار نظر نویسندگان این مقاله، نه تنها در وجود خلاءهای کیهانی نهفته، بلکه دینامیک این خلاءها نیز در آن نقش دارد. “خلاءهای کیهانی” صرفاً خود به خود به وجود نیامده‌اند. آن‌ها نیز مانند سایر ساختارهای بزرگ‌مقیاس کیهان در ابتدا کوچک بودند، اما با گذشت زمان تا این اندازه رشد کرده‌اند.

میلیاردها سال پیش، تمام مواد موجود در کیهان به‌طور یکنواخت و همگن توزیع شده بود و تفاوت فاحشی در چگالی ماده در نقاط مختلف کیهان به چشم نمی‌خورد. اما با گذشت زمان، هر مکانی که مادۀ موجود در آن اندکی بیشتر از مقدار میانگین بود، مواد بیشتری را به سمت خود جذب کرد. هرچه مقدار مواد درون این نواحی بیشتر می‌شد، باز هم مادۀ بیشتری را به خود جذب می‌کرد و کم‌کم بزرگ‌تر می‌شد. با گذشت میلیاردها سال، مواد روی هم انباشته شدند و کهکشان‌ها، گروه‌های کهکشانی و خوشه‌های کهکشانی را تشکیل دادند.

با رشد این ساختارها، خلاءهای کیهانی نیز به‌تدریج تهی‌تر و گسترده‌تر شدند. اما به جای اینکه رشد خلاءها را فرآیندی منفعل در نظر بگیریم، می‌توانیم گفت، رشد آنها بر ساختارهای اطراف‌شان فشار وارد می‌کند. برای مثال، با رشد خلاءها، دیوارۀ کهکشان‌های بین آن‌ها به طور پیوسته نازک‌تر می‌شود و سرانجام از بین می‌رود و به خلاءها اجازه می‌دهد تا با هم ادغام شوند.

در چند میلیارد سال بعدی، خلاءها سرانجام تار کیهانی را در خود حل خواهند کرد و تمام مواد گیتی را به توده‌های مجزا تبدیل می‌کنند که با صدها میلیون سال نوری فضای خالی از هم جدا شده‌اند. این فشار، مانند هر منبع دیگری از ماده یا انرژی در کیهان، باعث اعوجاج فضا-زمان اطراف حفره‌ها می‌شود. پیچش فضا-زمان به این معنی است که وقتی خلاءها منبسط می‌شوند، به لبه کهکشان‌ها فشار وارد می‌کنند و در نتیجه کهکشان‌ها را علیرغم وجود کشش گرانشی بین‌شان از یکدیگر جدا می‌کنند.

نویسندگان این مقاله دریافتند که اثرات تجمعی تمام خلاءهای کیهانی که با هم “تارهای کیهانی را شکل می‌دهند، می‌توانند سرعت انبساط جهان را بیشتر کنند. قدرت انبساط شتاب‌داری که ناشی از خلاءها باشد با تخمین‌های کنونی “انرژی تاریک” سازگار است.

اخترشناسان برای آزمودن این ایده به مطالعات بیشتری نیاز دارند. نخست اینکه خلاءهای بیشتری باید اندازه‌گیری شوند تا بتوان فشار تجمعی آن‌ها را بهتر محاسبه کرد. علاوه بر این، نیاز داریم اطلاعات بیشتری درباره خود “انرژی تاریک” به دست آوریم؛ به خصوص اینکه آیا قدرت آن در طی چند میلیارد سال قبل، تغییر کرده یا خیر. با این حال، این ایده هنوز هم جذاب است: چه بسا “انرژی تاریک” حاصل فرآیند یا نیروهای عجیب و غریب کیهان نباشد، بلکه تنها محصول جانبی تکامل عادی “خلاءهای کیهانی” باشد.

ترجمه: محمد نوده فراهانی/ سایت علمی بیگ بنگ

منابع: livescience.com