بیگ بنگ: کهکشان ما احتمالا در مرکز یک فضای خالی کیهانی به وسعت دو میلیارد سال نوری قرار گرفته است. کیهان‌شناسان تاکید می‌کنند اصولا چنین فضای تهی نباید وجود داشته باشد و اگر چنین فضایی در عالم باشد، به این معنی است که احتمالا فهم ما از کیهان مشکل دارد.
موقعیت زمین در فضا موقعیتی نسبتاً آشنا با چرخش به دور یک ستاره متوسط است. ستاره ما یعنی خورشید به دور مرکز کهکشان ما در راه شیری می‌چرخد. اما از اینجا به بعد، داستان کمتر شناخته شده است. کهکشان راه شیری بخشی از ساختار بزرگتری به نام ابرخوشه لانیاکیا است که ۵۲۰ میلیون سال نوری وسعت دارد. ابرخوشه لانیاکیا یک ابرخوشه بسیار بزرگ است که خوشه سنبله و کهکشان راه شیری در آن قرار دارند.
کهکشان ما، راه شیری، تنها یکی از میلیاردها کهکشان در کیهان به شمار می‌رود. از این رو جایگاه آن در عالم در مقیاس کلان چندان خاص به نظر نمی‌رسد. اما زمانی که آن را نه در مقیاس کل کیهان، بلکه در همسایگی کیهانی نزدیک در نظر بگیریم، داستان متفاوت میشود و می‌توان گفت که کهکشان ما در موقعیت خاصی قرار دارد.
بر اساس یافته‌‌های جدید، کهکشان ما در مرکز یک فضای خالی کیهانی عظیم قرار دارد؛ فضایی که تا به حال نظیر آن مشاهده نشده است. کیهان‌شناسان پی بردند چگالی ماده در این محدودۀ ۲ میلیارد سال نوری ۲۰ درصد کمتر از چگالی ماده در دیگر نقاط کیهان است. دانشمندان نخستین‌بار در سال ۲۰۱۳ از احتمال وجود این فضای خالی خبر دادند ولی شواهد مبنی بر آن، از آن زمان به بعد پیوسته افزایش یافت. البته نکته مهمی که کیهان‌شناسان بر آن تاکید می‌کنند، این است که اصولا چنین فضایی نباید وجود داشته باشد و اگر چنین خلاء تهی در عالم باشد، به این معنی است که احتمالا فهم ما از کیهان با مشکل روبروست.
بر اساس یک اصل بنیادی در کیهان‌شناسی به نام اصل کیهان‌شناختی، ماده در کیهان باید در مقیاس‌های بزرگ به طور یکنواخت توزیع شده باشد. دلیل اهمیت این موضوع این است که دانشمندان با فرض یکنواختی می‌توانند همان قوانین فیزیکی را که برای اجسام نزدیک به کار می‌برند، برای اجرام دوردست کیهان نیز اعمال کنند. به عبارت دیگر، همه چیز تحت قوانین جهانی یکسان عمل می‌کند.
این یک رویکرد ساده و مستقیم به مطالعه و فهم کیهان ما است و نشان می‌دهد که فضای خالی ــ از جمله فضایی تهی که ما ممکن است در آن زندگی کنیم‌ــ اساسا نباید وجود داشته باشند. اما مشاهدات متعدد طی دهه گذشته نشان می‌دهد که ماده در کیهان ممکن است به مناطق با چگالی بالا و پایین تقسیم شود، به این معنی که ممکن است آن‌چنان که تصور می‌شد، یکنواخت نباشد.
فضای خالی کی‌بی‌سی(KBC) و قوانین کیهان‌شناسی
“ایندرانیل بانیک” محقق دوره پسادکترای اخترشناسی در دانشگاه سنت‌اندروز، می‌گوید: «اکنون تقریبا روشن است که ما در یک فضای خالی عظیم قرار گرفته‌ایم.» به گفته او، «هنوز بعضی‌ها تا حدی با آن مخالف‌اند. برای نمونه، برخی افراد به‌درستی استدلال کرده‌اند که چنین فضایی نباید در مدل استاندارد وجود داشته باشد. این درست است. اما متاسفانه این را اثبات نمی‌کند که چنین فضای خالی وجود ندارد.»
بانیک و همکارانش اواخر سال ۲۰۲۳ مقاله‌ای را در نشریه اطلاعیه‌های ماهانه انجمن سلطنتی اخترشناسی منتشر کردند که نشان می‌داد ما احتمالا در نزدیکی مرکز این فضای خالی بنام کی‌بی‌سی (KBC) که گستردگی حدود دو میلیارد سال نوری دارد، زندگی می‌کنیم. به عبارت دیگر، ابعاد این حفره حدود ۲۰ هزار برابر قطر کهکشان ما است.
دانشمندان می‌گویند انبساط کیهان موجب میشود کهکشان‌ها از هم دور شوند.در واقع می‌دانیم هرچه کهکشان‌ها از ما دورتر باشند، با سرعت بیشتری نیز دور می‌شوند. این مفهوم که بر اساس ثابت هابل توضیح داده میشود، رابطه میان سرعت دور شدن و فاصله کهکشان‌ها را بیان می‌کند و می‌گوید که کیهان با نرخ ۷۰ کیلومتر بر ثانیه در هر مگاپارسک در حال انبساط است.
با این حال کیهان‌شناسان می‌گویند چیزی در این بین با مشاهدات همخوانی ندارد و مشکل این است که این میزان نرخ انبساط کیهان در مدل استاندارد کیهان‌شناسی، با داده‌های تجربی سازگاری دقیقی ندارد و این به چالشی در علم تبدیل شده که اصطلاحا به آن «تنش هابل» می‌گویند.
به گفته محققان زمانی که نرخ انبساط کیهان با استفاده از کهکشان‌ها و ابرنواخترهای نزدیک (یعنی ستاره‌های در حال انفجار) اندازه‌گیری میشود، این میزان ۱۰ درصد بیشتر از زمانی است که با تابش زمینه کیهانی(CMB) تعیین میشود. ایده بانیک و همکارانش در توضیح این ناهماهنگی این است که ما در یک فضای خالی بسیار عظیم در کیهان و به عبارتی در منطقه‌ای با چگالی کمتر از متوسط در کیهان به سر می‌بریم.
به گفته بانیک وجود چنین فضای نسبتا خالی عظیم و عمیقی بر مبنای مدل استاندارد کیهان‌شناسی غیرمنتظره است. او می‌گوید تابش زمینه کیهانی، تصویری از ساختار عالم در شرایط اولیه آن به دست می‌دهد که حاکی از آن است که ماده امروزی باید به‌طور یکنواخت پراکنده شده باشد. این در حالی است که شمارش مستقیم تعداد کهکشان‌ها در مناطق مختلف کیهان نشان می‌دهد که ما احتمالا در یک فضای خالی محلی قرار گرفته‌ایم.
البته فضای کی‌بی‌سی کاملا تهی و خالی نیست. در واقع این فضا نمی‌تواند خالی باشد، چرا که خود ما درون آن زندگی می‌کنیم اما اگر محاسبات بانیک و همکارانش درست باشد، این فضا حدود ۲۰ درصد از فضای خارج از مرز خود خالی‌تر است. شاید در نگاه اول، این میزان به نظر زیاد نرسد، اما از نگاه کیهان‌شناسان زیاد است و می‌تواند رفتارهای گیج‌کننده در همسایگی کیهانی ما را توضیح دهد و بگوید چرا ستارگان و کهکشان‌های نزدیک به ما سریع‌تر از آنچه باید، از ما دور می‌شوند، در حالی که “ثابت هابل” باید در هر جایی از کیهان که به آن نگاه می‌کنید، چه نزدیک و چه دور، یکسان باشد. اما مشکل این است که به نظر می‌رسد کهکشان‌ها و ستارگان در همسایگی ما سریع‌تر از مقداری که ثابت هابل پیش‌بینی می‌کند، از ما دور می‌شوند و این اساسا خلاف قوانین کیهان‌شناسی است.
وجود این فضای خالی عظیم ممکن است بتواند این اختلاف در ثابت هابل یعنی «تنش هابل» را توضیح دهد؛ زیرا مناطق با چگالی بالا و گرانش قوی‌تر در خارج از این فضا می‌توانند کهکشان‌ها و ستارگان را به سمت خود بکشند. بانیک استدلال می‌کند که این جریان‌های خروجی می‌تواند توضیح دهد که چرا اخترشناسان وقتی به اجرام نزدیک نگاه می‌کنند، مقدار بیشتری را برای ثابت هابل محاسبه می‌کنند. بر این اساس، مواد در خلاء سریع‌تر حرکت می‌کنند و از منطقه خالی ما به سمت فضای پرتراکم بیرون پرتاب می‌شوند.
راه‌حلی که هنوز قطعی نیست
فضای خالی کی‌بی‌سی تنها راه‌حل ممکن برای توضیح “تنش هابل” نیست. برخی دانشمندان، روی عاملی به نام “انرژی تاریک” اولیه تاکید می‌کنند. این نظریه نوعی جدید از انرژی را پیشنهاد می‌کند که نرخ انبساط کیهان را در مراحل اولیه تحت تاثیر قرار داده و در نهایت به تنش هابل منجر شده است.
اما بانیک با این دیدگاه موافق نیست و می‌گوید نظریه انرژی تاریک اولیه با برخی حقایق درباره کیهان تناقض دارد. برای نمونه ما باید سن ستارگان باستانی را برای درست در آمدن این نظریه اصلاح کنیم. در غیر این صورت، این ستارگان باید قدیمی‌تر از خود کیهان باشند که منطقی نیست.
از این رو، بانیک به نظریه‌ای مبنی بر وجود یک فضای خالی عظیم پیرامون ما پایبند است. پروژۀ تحقیقاتی بعدی او بررسی داده‌های ابرنواخترها برای فهمیدن این موضوع است که آیا “ثابت هابل” در خارج از مرزهای خلاء محلی به مقدار پیش‌بینی‌شده با مدل استاندارد کیهان‌شناسی باز می‌گردد یا خیر. اگر نظریه او درست باشد، نباید از وجود تنش هابل در خارج از مرزهای این خلاء که گستردگی آن حدود دو میلیارد سال نوری است، هیچ نشانه‌ای وجود داشته باشد. تا آن زمان، راه‌حل پیشنهادی او نیز پاسخی قطعی برای «تنش هابل» به شمار نمی‌رود و باید صبر کرد و دید چه پیش می‌آید.
سایت علمی بیگ بنگ / منبع: businessinsider.com
لینک کوتاه نوشته : https://bigbangpage.com/?p=107634
(۱۸ نفر , میانگین : ۴,۶۷ از ۵)
به احتمال زیاد کهکشان ما در نتیجه متراکم شدن ذرات بنیادین ماده موجود در این فضای خالی شکل گرفته است،فضاییکه در تابش زمینه کیهانی بطور نسبتا یکنواختی مملو از ذرات بنیادین ماده بوده و با تراکمشان کهکشان راه شیری را بوجود آورده‌اند.