جهان کمتر از آنچه فکر می‌کردیم به هم پیوسته است

به گزارش برنا، در طول میلیارد‌ها سال، کیهان از ساختاری ساده و یکنواخت به شبکه‌ای پیچیده و گسترده از ماده و انرژی تبدیل شده است. با این حال، پژوهش‌های جدید نشان می‌دهد که روند شکل‌گیری این ساختار‌ها دقیقاً مطابق پیش‌بینی‌های قبلی نبوده است.

بر اساس داده‌های تلسکوپ کیهان‌شناسی آتاکاما (ACT) و ابزار طیف‌سنجی انرژی تاریک (DESI)، دانشمندان با مقایسه نقشه‌های کهکشان‌های امروزی و نور کهن کیهان، به تفاوتی اندک، اما معنادار در میزان «توده‌ای بودن» ماده دست یافته‌اند؛ یافته‌ای که می‌تواند پرده از نیرو‌های ناشناخته یا اثرات پیش‌بینی‌نشده انرژی تاریک بردارد.

کیهان از نظم نخستین تا آشوب ساختاری

جهان هستی در طول تاریخ خود، تحت تأثیر نیرو‌های عظیم گرانشی و انرژی‌های ناشناخته، به تدریج از حالتی یکنواخت به شبکه‌ای از ساختار‌های عظیم، شامل کهکشان‌ها، خوشه‌های کهکشانی و دیوار‌های کیهانی بدل شده است.

اما پژوهش تازه‌ای که به سرپرستی جاشوا کیم و ماتیو مادهاواچریل از دانشگاه پنسیلوانیا انجام شده است، نشان می‌دهد که این مسیر تکامل، به طور کامل با پیش‌بینی‌های مدل‌های اولیه انطباق ندارد. به‌طور خاص، توزیع ماده در کیهان امروز اندکی کمتر از میزان انتظار، «توده‌ای» است.

لایه‌بندی تاریخ کیهانی: شفاف‌سازی روند رشد جهان

این تحقیق که نتایج آن در نشریه معتبر Journal of Cosmology and Astroparticle Physics منتشر شده، بر پایه تحلیل داده‌های نهایی تلسکوپ ACT (انتشار داده‌های DR۶) و سال نخست داده‌های DESI استوار است.

دانشمندان با ترکیب این داده‌ها موفق شدند نوعی «تصویر چندبُعدی» از تکامل کیهان بسازند؛ گویی عکس‌های قدیمی و جدیدی از کیهان را بر روی هم انداخته‌اند تا تغییرات آن را طی میلیارد‌ها سال رصد کنند.

جاشوا کیم، پژوهشگر اصلی این پروژه، می‌گوید: «ACT، که حدود ۲۳ درصد از آسمان را پوشش می‌دهد، تصویری از نوزادی کیهان ارائه می‌دهد. نوری که ACT بررسی می‌کند، نور پس‌زمینه کیهانی یا CMB است که از زمانی که جهان تنها ۳۸۰ هزار سال داشت، در حال سفر است.»

انحنای نور در گذر زمان: اثر عدسی گرانشی

این نور کهن مسیر مستقیمی را طی نکرده است. کیم توضیح می‌دهد که نیرو‌های گرانشی ناشی از ساختار‌های عظیم کیهانی، مانند خوشه‌های کهکشانی، مسیر نور را دچار خمیدگی و اعوجاج کرده‌اند.

این پدیده که «عدسی گرانشی» نام دارد، نخستین بار توسط آلبرت اینشتین پیش‌بینی شد و اکنون ابزاری کلیدی برای کیهان‌شناسان است تا چگالی ماده و ساختار جهان را بسنجند.

از سوی دیگر، داده‌های DESI تصویری به‌مراتب جدیدتر از کیهان ارائه می‌دهد. این پروژه که در رصدخانه کیت پیک آریزونا مستقر است، با مطالعه توزیع میلیون‌ها کهکشان، به ویژه کهکشان‌های قرمز پرنور (LRGs)، نقشه‌ای سه‌بعدی از ساختار جهان ترسیم کرده است.

کهکشان‌های قرمز: نشانه‌هایی از تاریخ کیهانی

کیم داده‌های DESI را به «عکس فارغ‌التحصیلی کیهان» تشبیه می‌کند. همان‌گونه که عکس‌های سالنامه دوران دبیرستان تصویر رشد و تغییر افراد را ثبت می‌کنند، این داده‌ها نیز روند شکل‌گیری و گسترش ساختار‌های کیهانی را در گذر زمان ثبت کرده‌اند.

با تلفیق نقشه‌های عدسی گرانشی CMB از ACT و توزیع کهکشان‌های قرمز DESI، تیم تحقیقاتی موفق شد برای نخستین بار تطبیقی بی‌سابقه بین گذشته و حال کیهان ایجاد کند. به تعبیر مادهاواچریل: «این فرآیند همچون یک اسکن سی‌تی کیهانی است که لایه‌های مختلف تاریخ جهان را آشکار می‌کند.»

در جریان این تطبیق داده‌ها، پژوهشگران متوجه اختلاف کوچکی شدند: میزان توده‌ای بودن ماده در دوره‌های متأخر، اندکی کمتر از پیش‌بینی‌های مدل‌های کیهانی اولیه است.

این شاخص که با نماد σ۸ (سیگما هشت) شناخته می‌شود، میزان نوسانات چگالی ماده را اندازه می‌گیرد. مقدار کمتر سیگما ۸ به معنای کمتر بودن تراکم ماده نسبت به انتظار است.

کیم تأکید می‌کند که این اختلاف هنوز در حدی نیست که ضرورت وجود فیزیک جدید را اثبات کند. او می‌گوید: «ممکن است این انحراف صرفاً ناشی از تصادف آماری باشد.»، اما اگر این یافته تأیید شود، نشان‌دهنده نیاز به بازنگری در درک ما از نیرو‌های بنیادی کیهانی خواهد بود.

انرژی تاریک و نقش ناشناخته‌اش در تکامل کیهان

یکی از سناریو‌های محتمل این است که انرژی تاریک، نیروی اسرارآمیزی که مسئول انبساط شتابدار کیهان دانسته می‌شود، نقش پررنگ‌تری در مهار شکل‌گیری ساختار‌های کیهانی ایفا کرده باشد.

اگر این فرضیه درست باشد، انرژی تاریک نه تنها انبساط کیهان را تسریع می‌کند، بلکه در روند کند شدن رشد توده‌های ماده نیز نقش داشته است.

آینده پژوهش‌های کیهانی: چشمانی تیزبین‌تر در راه

برای قطعیت یافتن این یافته‌ها، تیم تحقیقاتی قصد دارد از امکانات رصدخانه‌های پیشرفته‌تر همچون رصدخانه سیمونز (Simons Observatory) استفاده کند. این تجهیزات جدید می‌توانند با دقتی بی‌سابقه، ناهنجاری‌های ساختاری کیهان را آشکار کرده و به سؤالات بنیادین درباره ماهیت ماده، انرژی تاریک و حتی قوانین فیزیکی جدید پاسخ دهند.

جهان در آستانه تحولی بزرگ؟

یافته‌های جدید درباره میزان توده‌ای بودن ماده در کیهان اگرچه هنوز قطعی نیستند، اما پنجره‌ای جدید به سوی ناشناخته‌های عالم گشوده‌اند.

اگر تأیید شود که روند رشد ساختار‌های کیهانی با مدل‌های استاندارد ناسازگار است، کیهان‌شناسی در آستانه یک دگرگونی علمی عظیم قرار خواهد گرفت؛ کشفی که می‌تواند برداشت‌های ما از ماهیت جهان، نیرو‌های حاکم بر آن و حتی آینده کیهان را متحول کند.

پژوهش‌های آینده با داده‌های دقیق‌تر و ابزار‌های پیشرفته‌تر، راز این انحراف ظریف در بافت کیهانی را برملا خواهند کرد. آیا در پس این ناهنجاری کوچک، حقیقتی بزرگ و ناشناخته درباره عالم نهفته است؟ باید منتظر ماند و دید.