علم نجوم حوزه‌ای است که اعداد بسیار بزرگ بخشی از ادبیات عادی آن محسوب می‌شوند. اما حتی در نجوم، عدد ۲۰۰ کوآدریلیون آن‌قدر بزرگ است که به ندرت با آن روبرو می‌شویم. این جرم که یک «ابرساختار» نامیده می‌شود، بیش از ۴۰۰ مگاپارسک طول دارد. این یعنی بیش از ۱.۳ میلیارد سال نوری وسعت دارد.

ساختاری به این عظمت ناگزیر بر محیط اطراف خود تأثیر می‌گذارد، و درک این تأثیرات برای فهم کیهان حیاتی است. بر اساس پژوهشی جدید، مطالعه کیپو و ساختارهای مشابه می‌تواند به ما در درک چگونگی تحول کهکشان‌ها، بهبود مدل‌های کیهانشناسی، و افزایش دقت اندازه‌گیری‌های کیهانی کمک کند.

این پژوهش با عنوان «مشاهده بزرگترین ساختارهای جهان نزدیک: کشف ابرساختار کیپو» در ژورنال Astronomy and Astrophysics پذیرفته شده است. هانس بوهرینگر از مؤسسه ماکس پلانک نویسنده اصلی این مقاله است.

نویسندگان در این مقاله ذکر می‌کنند که: «برای تعیین دقیق پارامترهای کیهان‌شناسی، باید تأثیرات ساختارهای بزرگ-مقیاسِ محلی کیهان بر اندازه‌گیری‌ها را درک کنیم. این تأثیرات شامل تغییرات در تابش پس‌زمینه کیهانی، اعوجاج تصاویر ناشی از عدسی گرانشی در مقیاس بزرگ، و تأثیر جریان‌های عظیم کیهانی بر اندازه‌گیری ثابت هابل است.»

ابرساختارها اجرامی بسیار عظیم هستند که شامل گروه‌هایی از خوشه‌ها و ابرخوشه‌های کهکشانی می‌شوند. آن‌ها آن‌قدر پرجرم هستند که درک ما از تحول کیهان را به چالش می‌کشند. برخی از آن‌ها حتی آن‌قدر بزرگند که با مدل‌های فعلی تحول کیهان در تضاد هستند.

کیپو بزرگترین ساختاری است که تاکنون در کیهان کشف کرده‌ایم. این ابرساختار به همراه چهار ابرساختار دیگر که پژوهشگران یافته‌اند، ۴۵٪ از خوشه‌های کهکشانی، ۳۰٪ از کهکشان‌ها، ۲۵٪ از ماده موجود، و ۱۳٪ از حجم کیهان را شامل می‌شوند.

تصویر زیر نشان می‌دهد که چرا نام «کیپو» را برای این ساختار انتخاب کرده‌اند. کیپوها ابزارهای ثبت اطلاعات اینکاها بودند که از طناب‌های گره‌دار ساخته می‌شدند؛ گره‌ها بر اساس رنگ، ترتیب و تعداد، اطلاعات را ذخیره می‌کردند. نویسندگان در مقاله توضیح می‌دهند: «این نما، کیپو را به‌ صورت یک رشته بلند با شاخه‌های جانبی کوچک نشان می‌دهد که الهام‌بخش نامگذاری آن بوده است.»

هانس بورینگر و همکارانش در پژوهش خود، کیپو و چهار ابرساختار دیگر را در محدوده‌ی فاصله‌ی ۱۳۰ تا ۲۵۰ مگاپارسکی از ما کشف کرده‌اند. آن‌ها برای شناسایی و تحلیل این ابرساختارها، از خوشه‌های کهکشانی پرتو ایکس در پیمایش CLASSIX (ساختار بزرگ‌مقیاس کیهانی در پرتو ایکس) استفاده کردند.

خوشه‌های کهکشانی پرتو ایکس می‌توانند هزاران کهکشان و مقادیر زیادی گاز داغ درون ‌خوشه‌ای داشته باشند که در طول ‌موج پرتو ایکس تابش می‌کنند. این تابش‌ها کلید نقشه‌برداری از جرم ابرساختارها هستند، زیرا پرتوهای ایکس متراکم‌ترین مناطق تمرکز ماده و شبکه‌ی کیهانی را ردیابی می‌کنند. این تابش‌ها مانند تابلوهای راهنما، وجود ابرساختارها را آشکار می‌کنند.

نویسندگان مقاله اشاره می‌کنند که:
«تفاوت در چگالی کهکشان‌ها بین خوشه‌های پراکنده‌ی موجود در فضا و اعضای ابرساختارها قابل توجه است.»

این موضوع احتمالاً به این دلیل است که خوشه‌های پراکنده معمولاً شامل خوشه‌های کم‌جرم‌تر هستند، نه این‌که چگالی کهکشانی آن‌ها کمتر باشد.

نویسندگان در مقاله خاطرنشان می‌کنند که :«اما صرف‌ نظر از دلایل این تفاوت، جرم عظیم این ابرساختارها تأثیر چشمگیری بر تلاش ما برای مشاهده، اندازه‌گیری و درک کیهان دارد. این ساختارهای بزرگ اثر خود را بر مشاهدات کیهان‌شناختی برجای می‌گذارند.»

یکی از مهم‌ترین این اثرات بر تابش پس‌زمینه‌ی کیهانی (CMB) است؛ تابشی بازمانده از بیگ بنگ که شواهد کلیدی برای این رویداد محسوب می‌شود. ویژگی‌های CMB با دقتی بسیار بالا با پیش‌بینی‌های نظری ما همخوانی دارند. اما گرانش ابرساختارها هنگام عبور CMB از درون آن‌ها، موجب تغییراتی در این تابش می‌شود که طبق اثر زکس-وُلف پیوسته (ISW) نوساناتی را در CMB ایجاد می‌کند. این نوسانات، خطاهایی در پیش‌زمینه‌ی CMB محسوب می‌شوند که حذف آن‌ها دشوار است و موجب اختلال در درک ما از CMB و در نتیجه بیگ بنگ می‌شوند.

علاوه بر این، ابرساختارها بر اندازه‌گیری ثابت هابل نیز تأثیر دارند؛ ثابتی بنیادی در کیهان‌شناسی که نرخ انبساط جهان را توصیف می‌کند. در حالی که کهکشان‌ها به دلیل انبساط جهان از یکدیگر دور می‌شوند، آن‌ها همچنین سرعت‌های محلی خود را دارند که به آن‌ها سرعت‌های خاصه (peculiar velocities) یا حرکات جریانی (streaming motions) گفته می‌شود. برای اندازه‌گیری دقیق انبساط کیهان، باید این حرکات از انبساط کلی تفکیک شوند. اما جرم عظیم ابرساختارها این حرکات جریانی را تحت تأثیر قرار داده و باعث اعوجاج در اندازه‌گیری ثابت هابل می‌شود.

این پژوهش همچنین نشان می‌دهد که ابرساختارهای عظیم می‌توانند تصاویر نجومی ما را از طریق همگرایی گرانشی در مقیاس بزرگ تغییر داده و موجب بروز خطا در اندازه‌گیری‌های ما شوند.

اما از سوی دیگر، در شبیه‌سازی‌های مدل استاندارد کیهان‌شناسی نیز ابرساختارهایی مانند کیپو و چهار ابرساختار دیگر تولید می‌شوند. مدل LCDM مدل استاندارد کیهان‌شناسی است که بسیاری از ویژگی‌های مشاهده ‌شده در کیهان، از جمله ساختارهای بزرگ‌مقیاس را توضیح می‌دهد.
نویسندگان مقاله می‌نویسند:

«ما در شبیه‌سازی‌های مبتنی بر مدل‌های کیهان‌شناسی LCDM، ابرساختارهایی با ویژگی‌های مشابه پیدا کرده‌ایم.»

این یافته‌ها نشان می‌دهند که ابرساختارها برای درک کیهان حیاتی هستند. آن‌ها بخش قابل توجهی از ماده‌ی کیهان را در خود جای داده‌اند و تأثیرات بنیادی بر محیط اطراف خود دارند. برای درک بهتر این ساختارها و تأثیرات آن‌ها، تحقیقات بیشتری لازم است.

نویسندگان در نتیجه‌گیری انتهای مقاله خود می‌نویسند:
«از جمله پژوهش‌های جالب‌توجه بعدی که بر اساس یافته‌های ما قابل انجام است، بررسی تأثیر این محیط‌ها بر جمعیت کهکشانی و تحول آن‌ها است.»

بر اساس این مطالعه، ابرساختارها ساختارهایی دائمی نیستند. پژوهشگران می‌گویند:
«در آینده، این ابرساختارها در فرآیند تحول کیهانی، به چند واحد تجزیه خواهند شد. آن‌ها در واقع ساختارهایی گذرا هستند.»

اما در حال حاضر، آن‌ها ساختارهایی ویژه با خواص فیزیکی خاص و محیط‌های کیهانی منحصر به ‌فرد هستند که شایسته‌ی توجه ویژه‌اند.

منبع:Universe Today