اندازه گیری میلیون ها کهکشان نشان می دهد که انرژی تاریک در طول زمان تغییر می کند و پیچیده تر از آن چیزی است که قبلا تصور میشد.

DESI بر روی تلسکوپی در آریزونا نصب شده است، جایی که طیف 5000 جرم آسمانی را به طور همزمان ضبط می کند. نتایج جدید از اندازه گیری نزدیک به 15 میلیون اختروش و کهکشان به دست آمده است، اما همکاری DESI انتظار دارد 50 میلیون را در طول پنج سال کل عملیات نقشه برداری کند.

بر اساس نتایج اعلام شده هفته گذشته در اجلاس جهانی فیزیک انجمن فیزیک آمریکا در آناهیم (Anaheim)، ​​کالیفرنیا، انرژی تاریک - ماده تشکیل دهنده کیهانی که باعث تسریع انبساط کیهان میشود - با گذشت زمان در حال تغییر است. این یافته‌ها که مدل متعارف کیهان‌شناسی موسوم به ΛCDM را زیر سوال می‌برد، از اندازه‌گیری‌های ابزار طیف‌سنجی انرژی تاریک (DESI) از فواصل و طیف میلیون‌ها کهکشان و اختروش، که بزرگترین مجموعه داده در نوع خود است، به دست می‌آیند. محققان در حال حاضر نسبت به سال گذشته که ادعاهای مشابه اما محتاطانه تری داشتند، اعتماد به نفس بیشتری دارند. انرژی تاریک در حال تکامل-با زمان- پیشنهادی پیامدهایی برای سرنوشت کیهان و تئوری هایی خواهد داشت که تلاش می کنند گرانش را با مکانیک کوانتومی متحد کنند.

انرژی تاریک حدود 68 درصد از کیهان را تشکیل میدهد، اما کیهان شناسان نمی دانند که چیست. برای تعیین اینکه کدام مدل‌های انرژی تاریک ممکن است صحیح باشند، کیهان‌شناسان به داده‌هایی با دقت بالا در مورد تاریخچه انبساط کیهان نیاز دارند. انتظار می رود DESI با استفاده از تلسکوپ رصدخانه کیت پیک (Kitt Peak) در آریزونا، تصاویر و طیف های 50 میلیون هدف آسمانی را در یک دوره پنج ساله ثبت کند.

از این داده ها، محققان DESI فاصله بین کهکشان ها را تعیین میکنند. وقایع در کیهان اولیه منجر به این شد که فاصله بین کهکشانی خاص کمی بیشتر از بقیه شود. این به اصطلاح مقیاس نوسان آکوستیک باریون به عنوان یک خطکش استاندارد عمل میکند که می تواند توسط DESI در هر دوره 11 میلیارد سال قبل اندازه گیری شود. با ردیابی چگونگی تغییر این خط کش در طول زمان، محققان می توانند تاریخچه انبساط کیهان را تخمین بزنند. آخرین نتایج DESI از سه سال اول داده‌گیری به دست می‌آید که شامل نزدیک به 15 میلیون کهکشان و اختروش می‌شود، که بیش از دو برابر بیشتر از نتایج یک‌ساله گزارش‌شده در سال گذشته است .

درک فعلی از تاریخچه گسترش مبتنی بر مدل ΛCDM است. این مدل که برای بیش از 25 سال طیف وسیعی از آزمایش‌های رصدی را پشت سر گذاشته است، شامل ماده تاریک و ماده معمولی به همراه ساده‌ترین نسخه انرژی تاریک به نام ثابت کیهانی (با نمایش Λ) است. این نسخه از انرژی تاریک دارای چگالی انرژی ثابت دائمی است و فشاری به بیرون بر فضا وارد می‌کند که با بزرگ‌تر شدن کیهان کاهش نمی‌یابد. در مقابل، چگالی ماده به طور مداوم با انبساط فضا رقیق می شود، که قدرت نیروی انقباض ایجاد شده توسط گرانش را کاهش می دهد. بنابراین با ثابت کیهان‌شناختی، انبساط شتاب‌گرفته بی‌وقفه است و گرانش هرگز نمی‌تواند در این رقابت پیروز شود.

اما این تصویر توسط مشاهدات DESI پشتیبانی نمی شود. عضو تیم، انریکه پیلاس از دانشگاه آریزونا در کنفرانس گزارش داد که داده‌های جدید - وقتی با مجموعه‌های داده دیگر ترکیب می‌شوند - به نفع یک انرژی تاریک در حال تکامل (یا پویا) در زمان، در تضاد با ΛCDM است. با ترکیب نتایج DESI با مشاهدات پس‌زمینه مایکروویو کیهانی (CMB) و داده‌های ابرنواختر (یک روش جایگزین برای اندازه‌گیری فاصله کیهانی)، محققان دریافتند که ΛCDM با قدر اهمیتσ 4.2 موافق نیست. این معناداری به این معنی است که احتمال اینکه این اختلاف یک تصادف آماری باشد کمتر از 0.01 درصد است.

الکسی لوتو (Alexie Leauthaud)، سخنگوی DESI از دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز، می‌گوید یکی از مزایای داده‌های اضافی این است که تیم اکنون می‌تواند در مورد انرژی تاریک با اهمیت آماری بالا، بدون نیاز به گنجاندن هر مجموعه داده، نتیجه‌گیری کند. او می‌گوید: «قبلاً همه چیز به جز سینک آشپزخانه را در تحلیل می‌گذاشتیم. اما اکنون این همکاری می‌تواند ترکیب‌های مختلفی را مورد بررسی قرار دهد (مانند DESI فقط با CMB یا فقط با ابرنواختر)، و آن‌ها همچنان ترجیح می‌دهند که انرژی تاریک در حال تکامل در زمان باشد.

لوتو می گوید، تجزیه و تحلیل DESI همچنین نشان می دهد که انرژی تاریک به گونه ای در حال تکامل است که انتظار نمی رفت. نسبت فشار به چگالی انرژی انرژی تاریک که w نامیده می شود، در مدل ΛCDM ثابت است (w=-1)، اما در تجزیه و تحلیل DESI، مقدار آن در 11 میلیارد سال پیش حدود 1.4- و امروز حدود 0.7- است. لوتو می‌گوید که هر مقدار زیر 1- منجر به پیچیدگی‌هایی برای مدل‌های نظری می‌شود، مانند نیاز به تعامل بین انرژی تاریک و ماده تاریک، یا نیاز به انواع مختلف انرژی تاریک. علاوه بر این، نتایج DESI نشان می‌دهد که انبساط شتابان کیهان حدود هفت میلیارد سال پیش آغاز شد، حدود دو میلیارد سال پیش به اوج خود رسید و از آن زمان تا کنون کند شده است. اگر ادامه یابد، این کندی در نهایت می‌تواند منجر به انقباض کیهان شود - برعکس سرنوشتی که ΛCDM پیش‌بینی کرده بود. او می‌گوید: «تئوریسین‌ها زمان بسیار خوبی خواهند داشت» که در تلاش برای توضیح نتایج هستند.

راکی کلب (Rocky Kolb) کیهان شناس از دانشگاه شیکاگو در رابطه با ادعای انرژی تاریک پویا می گوید: «اکنون بسیار باورپذیرتر از سال گذشته به نظر می رسد. او می گوید که به نظر می رسد این کشف تغییر بزرگی را برای کیهان شناسی رقم بزند. از سوی دیگر، او به نوعی شک و تردید را حفظ می کند زیرا "هیچ دلیل نظری قانع کننده ای برای انرژی تاریک پویا وجود ندارد."

کامران وفا (Cumrun Vafa)، نظریه‌پرداز ریسمان هاروارد، «بسیار هیجان‌زده» است از نتایج DESI، که با فرضیه‌ای که او و همکارانش در سال 2018 ایجاد کردند [1] مطابقت دارد (به روند: پیش‌بینی‌های کیهانی از باتلاق ریسمان مراجعه کنید). آنها پیشنهاد کردند که نظریه‌های ریسمان، که تلاش‌هایی برای یکی کردن نسبیت عام با مکانیک کوانتومی هستند، با یک ثابت کیهانی سازگار نیستند. در عوض، وفا و همکارانش پیشنهاد کردند که انرژی تاریک با سرعتی متناسب با قدرت آن تکامل می‌یابد. وفا می‌گوید که نتایج DESI «به‌طور قابل‌توجهی - هم از نظر کیفی و هم از نظر کمی - با این پیش‌بینی مطابقت دارد».

[1] G. Obied et al., “De Sitter space and the swampland,” arXiv:1806.08362.

منبع:

The Standard Cosmology Model May Be Breaking

ترجمه خبر: محسن خدادی