رمزگشایی از اسرار جهان تاریک در کوه‌های شیلی

یک رصدخانه جدید پیشگام که قرار است دقیق‌ترین نقشه جهان را ترسیم کند، در این فرآیند می‌تواند دو مورد از مهم‌ترین رازهای علم یعنی ماهیت انرژی تاریک و ماده تاریک را حل کند. این عناصر در مجموع، چیزی را می‌سازند که به عنوان جهان تاریک شناخته می‌شود.

«رصدخانه ورا روبین»(Vera Rubin Observatory) در حال حاضر در شیلی مراحل توسعه را می‌گذراند و قرار است در سال ۲۰۲۵ فعالیت خود را آغاز کند. هنگامی که این کار انجام شود، رصدخانه ورا روبین به بررسی میراث فضا و زمان می‌پردازد. این رصدخانه در هر شب تا ۱۰۰۰ عکس از آسمان می‌گیرد و دیدگاه جدید و هیجان‌انگیزی را در مورد جهان و چگونگی تکامل آن به دانشمندان می‌دهد.

با انجام دادن این کار، میدان دید وسیع روبین نشان می‌دهد که چگونه شبکه‌ای از ماده تاریک، تصویر کهکشان‌های دور را تحریف می‌کند. این کار به دانشمندان امکان می‌دهد تا بهتر بتوانند از این ماده مرموز نقشه‌برداری کنند. از آنجا که این شبکه کیهانی در مقیاس بزرگ ظاهرا کهکشان‌ها را به سوی هم می‌کشاند و انرژی تاریک آنها را از هم جدا می‌کند، رصدخانه ورا روبین می‌تواند جزئیات این طناب‌کشی کیهانی را به نمایش بگذارد و نشان دهد که انرژی تاریک و ماده تاریک چگونه در هم تنیده شده‌اند تا کیهان را شکل دهند.

بیشتر بخوانید:

• کمیاب‌ترین الماس جهان/ عکس

• مادری که سرطان کودکش را در دوربین دید/ عکس

«آندرس آلخاندرو پلازاس مالاگون»(Andrés Alejandro Plazas Malagón) دانشمند پروژه روبین گفت: ما با روبین، همه چیز را در اختیار خواهیم داشت. ما ویژگی کهکشان‌های بسیار بیشتری را نسبت به آنچه اکنون داریم، بررسی می‌کنیم. این کار، قدرت ترسیم کردن نحوه توزیع ماده تاریک و مطالعه کردن چگونگی تکامل انرژی تاریک به ما می‌دهد.

روبین می‌تواند جهان تاریک را روشن کند

مطالعه کردن ماده تاریک و انرژی تاریک برای پژوهشگران چالش‌برانگیز است زیرا اگرچه ۹۵ درصد از کل انرژی و محتوای ماده جهان را تشکیل می‌دهند اما اساسا برای ما نامرئی هستند. این بدان معناست که مواد سازنده ستاره‌ها، سیاره‌ها و همه اجرام اطراف ما، تنها پنج درصد از محتوای کیهان را تشکیل می‌دهند.

دلیل اینکه ماده تاریک دیده نمی‌شود، این است که با نور تعامل ندارد. بنابراین، فقط می‌توان از اثرات گرانشی آن بر نور و ماده معمولی که قابل دیدن است، استنباط کرد. این اثرات گرانشی به معنای واقعی کلمه، به نگه داشتن محتویات کهکشان‌ها در کنار هم کمک می‌کنند. این همان چیزی بود که «ورا روبین» ستاره‌شناس آمریکایی کشف کرد. اگرچه ماده تاریک، محتویات درون کهکشان‌ها را نگه می‌دارد اما خود آن کهکشان‌ها نیز گرد هم می‌آیند. این بدان معناست که مواد در مقیاس بسیار بزرگ‌تری پخش می‌شوند و ساختار جهان ما را قوی نگه می‌دارند.

همچنین، انرژی تاریک در مقیاس بزرگ‌تری عمل می‌کند، انبساط کیهان را سرعت می‌بخشد، کهکشان‌ها را سریع‌تر از هم جدا می‌کند و در عین حال با بافت فضا و زمان تعامل دارد. مالاگون ادامه داد: شما می‌توانید ماده تاریک را به عنوان تلاش برای ساختن ساختارهای کیهانی در نظر بگیرید و این در حالی است که انرژی تاریک تلاش می‌کند آنها را از هم جدا کند.

عمل انرژی تاریک توسط ثابت کیهانی توصیف می‌شود اما برخی از دانشمندان آن را به عنوان بدترین پیش‌بینی نظری در تاریخ فیزیک توصیف کرده‌اند. ارزش نظری ثابت کیهانی، همان طور که توسط تئوری میدان کوانتومی و محاسبه همه ذرات موجود در جهان پیش‌بینی می‌شود، بیشتر از مقدار اندازه‌گیری‌شده توسط ستاره‌شناسانی است که مشاهدات کیهانی را انجام می‌دهند.

روبین می‌تواند با بهتر ترسیم کردن شبکه کیهانی نامرئی ماده تاریک و با استفاده از پدیده‌ای به نام «هم‌گرایی گرانشی» که برای اولین بار توسط «آلبرت اینشتین» در نظریه «نسبیت عام» پیش‌بینی شد، به تعیین کردن مقدار دقیق ثابت کیهانی کمک کند.

وقتی نور از یکی از تاب‌خوردگی‌های فضا-زمان عبور می‌کند، مسیر آن منحنی می‌شود. این بدان معناست که وقتی یک جرم میان زمین و یک منبع نوری دور قرار می‌گیرد، نور آن منبع پس‌زمینه می‌تواند مسیرهایی را در اطراف جرم مداخله‌گر طی کند که براساس میزان نزدیکی خمیده می‌شوند. گاهی اوقات، این مسیرها به بزرگنمایی منبع نور از نقطه نظر ما در زمین منجر می‌شوند. این پدیده به هم‌گرایی گرانشی معروف است.

ماده تاریک نیز جرم دارد. بنابراین، با وجود این واقعیت که شکل اسرارآمیز ماده با نور تعامل ندارد، در این خمش نور شرکت می‌کند. این اثر برای تعیین این موضوع استفاده شده است که بیشتر کهکشان‌ها توسط هاله‌ای از ماده تاریک احاطه شده‌اند.

تصویری از کهکشان‌های متشکل از ماده تاریک و انرژی تاریک که اثرات هم‌گرایی گرانشی را نشان می‌دهد.

در موارد شدید که هم‌گرایی قوی نامیده می‌شود، اثر فضا-زمان منحنی می‌تواند به ظاهر شدن چندین باره اشیا در یک تصویر بیانجامد یا باعث شود که جرم موجود در پس‌زمینه، لکه‌دار یا مخدوش به نظر برسد. این امر می‌تواند نور را تقویت کند و امکان دیدن اجرام دور و کم‌نور را فراهم آورد. موارد نامحسوس‌تری از هم‌گرایی گرانشی به نام هم‌گرایی ضعیف نیز وجود دارند که در نوع خود سودمند هستند.

«تئو شوت»(Theo Shutt) دانشجوی مقطع دکتری «دانشگاه استنفورد» گفت: اگر هم‌گرایی قوی مانند نگاه کردن از ته لیوان باشد، هم‌گرایی ضعیف مانند نگاه کردن از یک پنجره بزرگ و به طور نامحسوسی تاب‌خورده است.

هم‌گرایی ضعیف می‌تواند باعث ایجاد اعوجاج‌های نامحسوس در کهکشان‌های دوردست ‌شود که معمولا خیلی خفیف هستند و نمی‌توان آنها را به تنهایی مشاهده کرد اما زمانی که یک اثر انحرافی روی چند کهکشان به طور هم‌زمان در نظر گرفته شود، قابل برآورد کردن هستند.

این در نهایت بدین معناست که هم‌گرایی ضعیف به عنوان نتیجه شبکه ماده تاریک جهان، به مجموعه داده بزرگی شامل کهکشان‌ها و نمایی از اعوجاج جمعی در سراسر آسمان نیاز دارد.

اینجاست که رصدخانه ورا روبین وارد می‌شود. این رصدخانه با میدان دید وسیعی که توسط تلسکوپ ۸.۴ متری مجهز به بزرگترین دوربین دیجیتال در جهان فراهم می‌شود، می‌تواند بخش‌های بزرگی از آسمان را پوشش دهد و اطلاعاتی را درباره میلیاردها کهکشان و شکل آنها جمع‌آوری کند. در واقع، روبین می‌تواند آن قدر قوی باشد که شواهدی را ارائه دهد مبنی بر این که ماده تاریک و انرژی تاریک اصلا اجزای مناسبی برای جهان نیستند و ممکن است برای توضیح دادن کیهان به یک نظریه اصلاح‌شده گرانش نیاز باشد.

مالاگون گفت: انرژی تاریک، مفهومی است که با نظریه پذیرفته‌شده گرانش در نظریه نسبیت عام اینشتین مطابقت دارد اما روبین به ما امکان می‌دهد جایگزین‌هایی را برای آن کشف کنیم. این موضوع فوق‌العاده هیجان‌انگیز است.

۵۸۵۸