بیگ بنگ: اولین ساختار جهان وقتی پدید آمد که برخی از موادی که توسط بیگ بنگ به بیرون پرتاب شدند توانستند بر مسیر آن غلبه کنند و روی خود سقوط کرده و توده‌ها را تشکیل دهند.

به گزارش بیگ بنگ، گروهی از محققان موسسه کارنگی نشان دادند که توده‌های متراکم‌تر ماده، سریع‌تر و توده‌های کم‌تراکم‌تر با سرعت کمتری رشد می‌کنند. داده‌های این گروه، توزیع تراکم در کیهان در طی 9 میلیارد سال گذشته را نشان می‌دهد. (در تصویر، رنگ بنفش مناطق کم‌تراکم و رنگ قرمز مناطق دارای تراکمِ بالا را نشان می‌دهد.) یافته‌های محققان، نوسانات تراکم را (سمت راست، به رنگ بنفش و آبی) که اولین ساختار کیهان را به وجود آورده، نشان می‌دهد.

این یافته با آنچه که در مورد کیهان باستانی حاصل از پس‌تاب بیگ بنگ می‌دانیم، که تابش زمینه کیهانی نام دارد (سمت راست، به رنگ زرد و سبز)، مطابقت دارد. محققان با بررسی مسافت‌ها و جرم‌های تقریباً 100 هزار کهکشان و با برگشت به زمانی که کیهان فقط 4.5 میلیارد سال عمر داشت، به این نتایج دست یافتند. در حدود 35 هزار کهکشانی که توسط بررسی فروسرخ کارنگی- اسپیتزر- IMACS مورد مطالعه قرار گرفته، در اینجا به صورت کره‌های کوچک نشان داده شده است.

آزمایشی مستقیم و مشاهده‌محور بر روی یکی از ستون‌های کیهان‌شناسی

کیهان از میلیاردها کهکشان تشکیل شده، اما توزیع ‌آنها در فضا یکنواخت نیست. چرا ما امروزه این‌قدر ساختار در کیهان می‌بینیم و همۀ این‌ها چگونه شکل گرفته و رشد کرده‌اند؟ یک بررسی 10 ساله از ده‌ها هزار کهکشان که توسط تلسکوپ ماژلان در رصدخانه لاس کامپاناس کارنگی در شیلی انجام شده، رویکرد جدیدی را برای پاسخ به این رمز و راز اساسی ارائه می‌دهد. نتایج این بررسی، به سرپرستی “دنیل کلسون” از موسسه علوم کارنگی، در ماهنامه انجمن نجوم سلطنتی منتشر می‌شود.

کلسون می‌پرسد: «توصیف‌ناپذیر را چگونه توصیف می‌کنید؟ با اتخاذ رویکردی کاملاً جدید برای مسئله.»  “آندرو بنسون”، یکی از نویسندگان تحقیق، می‌گوید: «تاکتیک ما دیدگاه جدید و شهودی در این مورد ارائه می‌دهد که گرانش چگونه از همان ابتدایی‌ترین دوران کیهان، باعث رشد ساختار آن شده است. این آزمایشی مستقیم و مبتنی بر مشاهده بر روی یکی از ستون‌های کیهان‌شناسی است.»

بررسی فروسرخ کارنگی- اسپیتزر- IMACS برای مطالعۀ رابطه بین رشد کهکشان و محیط اطرافشان در طی 9 میلیارد سال گذشته، یعنی زمانی که ظاهر کهکشان‌های مدرن تعریف شد، طراحی شده است. اولین کهکشان‌ها چند میلیون پس از بیگ بنگ شکل گرفتند؛ بیگ بنگ، کیهان را به صورت مه غلیظ داغ و ناآشکاری از ذرات بسیار پرانرژی آغاز کرد. با بیرون آمدن این ماده از انفجار اولیه، ماده سرد شد و ذرات در گاز هیدروژن خنثی جمع و ادغام شدند. برخی از بخش‌ها متراکم‌تر از سایر بخش‌ها بود و در نهایت گرانش آنها بر مسیرِ بیرونی کیهان غلبه کرد و مواد به سمت داخل فرو ریخت و در نتیجه نخستین توده‌های ساختار، در کیهان تشکیل شد.

اختلاف تراکم که موجب شد در برخی مکان‌ها هم ساختارهای بزرگ و هم ساختارهای کوچک شکل بگیرد و در برخی مکان‌ها هیچ ساختاری تشکیل نشود، موضوعی است که مدت‌هاست توجه دانشمندان را جلب کرده است. اما تاکنون، توانایی‌های اخترشناسان برای مدل‌سازی چگونگی رشد ساختار در جهان در طی 13 میلیارد سال گذشته، با محدودیت‌های ریاضی روبرو بوده است.

“بنسون” می‌گوید: «فعل و انفعالات گرانشی که بین تمام ذرات در کیهان رخ می‌دهد آن‌قدر پیچیده است که نمی‌توان آن را با ریاضیاتِ ساده توضیح داد.» بنابراین اخترشناسان یا از تقریب‌های ریاضی استفاده کرده‌اند- که دقت مدل آنها را به خطر می‌اندازد- یا از شبیه‌ساری‌های کامپیوتریِ بزرگ که تمام فعل و انفعالات بین کهکشان‌ها را مدلسازی می‌کند؛ اما مدلسازی تمام فعل و انفعالاتی که بین ذرات رخ می‌دهد، بسیار پیچیده تلقی می‌شود، بسیار سخت است.

“کلسون” افزود: «هدف اصلی بررسی ما شمارش توده‌های موجود در ستارگان است که در مجموعۀ عظیمی از کهکشان‌های دوردست یافته شده‌اند، سپس استفاده از این اطلاعات برای تدوین رویکردی جدید برای پی‌بردن به چگونگی شکل‌گیریِ ساختار در جهان هستی.»

این تیم تحقیقاتی- شامل لوییس آبرامسون، شانون پاتل، استفن شکتمن، آلن درسلر، پاتریک مک‌کارتی و جان اس. مالچای از کارنگی و نیز ریک ویلیامز که اکنون عضو Uber Technologies است- برای اولین‌بار نشان دادند که می‌توان رشد تک تک ساختارهای اولیه را محاسبه کرد و سپس متوسط آن را برای کل فضا، به دست آورد.

با انجام این کار مشخص شد که توده‌های متراکم‌تر با سرعت بیشتر و توده‌های کم‌تراکم‌تر با سرعت کمتری رشد می‌کنند. محققان سپس توانستند به زمان عقب برگردند و توزیع‌های اصلی و سرعت رشد نوسانات تراکم را تعیین کنند؛ نوسانات و تراکم‌هایی که در نهایت به ساختارهای بزرگی تبدیل شدند که توزیع‌های کهکشان‌هایی که امروزه می‌بینیم را تعیین کنند.

در اصل، کار این محققان توضیح ساده و در عین حال دقیقی از چرایی و چگونگی نوسانات تراکم به شیوه‌ای که امروزه در جهان واقعی و همچنین در کار محاسباتیِ مبتنی بر درک ما از مراحل اولیۀ کیهان رخ داده، ارائه می‌دهد. کلسون افزود: «و این بسیار ساده است و زیباییِ واقعی دارد.»

این یافته‌ها بدون اختصاص دادن شب‌های رصدیِ بسیار زیاد در رصدخانه لاس کامپاناس ممکن نبود. “جان مالچای”، مدیر رصدخانه، گفت: «بسیاری از مؤسسات توانایی این را ندارند که پروژه‌ای از این حوزه را به تنهایی انجام دهند. اما ما توانستیم به لطف تلسکوپ‌های ماژلان، این بررسی را انجام دهیم و این رویکرد ِ جدید برای پاسخ به سؤالی کلاسیک را فراهم کنیم.»

“کلسون” افزود: «اگرچه شکی نیست که این پروژه به منابع مؤسساتی مانند کارنگی نیاز داشت، اما کار ما بدون وجود تعداد بسیار زیاد تصاویرِ فروسرخ که توانستیم از Kit Peak و Cerro Tololo به دست آوریم، ممکن نبود. Kit Peak و Cerro Tololo هر دو بخشی از رصدخانۀ ملی تحقیقات نجوم فروسرخ نوریِ NSF هستند.»

ترجمه: زهرا جهانبانی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: scitechdaily.com