داده‌های دسی کیهان‌شناسی بنیادی را به چالش می‌کشند: انرژی تاریک ممکن است در طول زمان ضعیف شود

برای یک ربع قرن، کیهان‌شناسان بر اساس یک فرض واحد و یکپارچه عمل کرده‌اند: جهان با نرخ شتاب‌دار در حال انبساط است که توسط نیرویی بی‌امان و ثابت به نام انرژی تاریک هدایت می‌شود. این «ثابت کیهان‌شناسی»، که در اصل توسط آلبرت اینشتین معرفی شد، سنگ بنای مدل استاندارد ماده تاریک سرد لامبدا (Lambda Cold Dark Matter) را تشکیل می‌دهد.[2]

اما بزرگترین و دقیق‌ترین نقشه سه‌بعدی جهان که تاکنون ساخته شده، اکنون این فرض بنیادی را به چالش می‌کشد. داده‌های به‌دست‌آمده از ابزار طیف‌سنجی انرژی تاریک (DESI) نشان می‌دهد که انرژی تاریک اصلاً یک نیروی ثابت نیست. در عوض، به نظر می‌رسد تأثیر ضدگرانشی آن در طول زمان کیهانی در حال تضعیف است.

به گفته محققان کالج دانشگاهی لندن که در کمیته اجرایی این پروژه خدمت می‌کنند، اگر این موضوع تأیید شود، نشان‌دهنده یک تغییر پارادایم در درک ما از جهان خواهد بود. پیامدهای این کشف عمیق است و به طور بالقوه سرنوشت نهایی کیهان را بازنویسی می‌کند.

ادعای اصلی که از این داده‌ها ناشی می‌شود این است که چگالی انرژی تاریک به طور فعال در حال تحول است. اندازه‌گیری‌ها نشان می‌دهند که قدرت آن، به جای باقی ماندن به عنوان یک ویژگی ایستا در فضای خالی، میلیاردها سال پیش به اوج خود رسیده و در دوران کیهانی کنونی به طور پیوسته در حال کاهش بوده است.[1]

شواهد این تغییر از همکاری DESI، که توسط آزمایشگاه ملی لارنس برکلی وزارت انرژی ایالات متحده مدیریت می‌شود، به دست آمده است. این ابزار با استفاده از تلسکوپ ۴ متری نیکلاس یو. مایال در رصدخانه ملی کیت پیک در آریزونا، مکان دقیق تقریباً ۱۵ میلیون کهکشان و کوازار را در طول سه سال اول فعالیت خود نقشه‌برداری کرد.

ستاره‌شناسان با نگاه کردن به اعماق فضا، عملاً در حال نگریستن به گذشته هستند و ساختارهای کیهانی را در طول ۱۱ میلیارد سال تاریخ ردیابی می‌کنند. این ابزار با اندازه‌گیری «نوسانات آکوستیک باریونی» (Baryon Acoustic Oscillations)—امواج ظریف و منجمد در توزیع ماده که از پلاسمای جهان اولیه باقی مانده‌اند—به این هدف دست می‌یابد.

این امواج آکوستیک به عنوان یک خط‌کش استاندارد کیهانی عمل می‌کنند. محققان با اندازه‌گیری اندازه ظاهری این امواج در فواصل مختلف، و در نتیجه در زمان‌های مختلف، می‌توانند دقیقاً محاسبه کنند که جهان در هر دوره زمانی با چه سرعتی در حال انبساط بوده است.

اندازه‌گیری‌های مستقل این ابزار، به تنهایی، از نظر فنی با مدل استاندارد کیهان‌شناسی سازگار است. با این حال، شکاف‌ها در پارادایم زمانی ظاهر می‌شوند که داده‌های جدید با سایر اندازه‌گیری‌های کیهانی مستقل ترکیب می‌شوند.

هنگامی که محققان نقشه سه‌بعدی جدید را با داده‌های پس‌زمینه مایکروویو کیهانی (Cosmic Microwave Background)، مشاهدات ستارگان منفجر شده معروف به ابرنواخترهای نوع Ia، و عدسی گرانشی ضعیف ادغام می‌کنند، ثابت کیهان‌شناسی دیگر کاملاً مطابقت ندارد. مجموعه‌داده‌های ترکیبی به شدت مدلی را ترجیح می‌دهند که در آن قدرت انرژی تاریک در طول زمان کاهش می‌یابد.

در فیزیک ذرات و کیهان‌شناسی، استاندارد طلایی برای یک کشف قطعی، اهمیت آماری پنج سیگما است، به این معنی که تنها یک در ۳.۵ میلیون احتمال وجود دارد که نتیجه یک خطای آماری باشد. شفافیت در مورد عدم قطعیت هنگام ارزیابی این ادعاها حیاتی است.

شواهد کنونی برای انرژی تاریک در حال تحول بین ۲.۸ تا ۴.۲ سیگما قرار دارد، بسته به اینکه دقیقاً کدام مجموعه‌داده‌های خارجی با مشاهدات اصلی ترکیب می‌شوند. نتیجه سه‌سیگما تقریباً ۰.۳ درصد احتمال خطا را نشان می‌دهد. اگرچه این شواهد بسیار قانع‌کننده هستند، اما هنوز اثبات قطعی نیستند، و تاریخ مملو از ناهنجاری‌هایی است که با رسیدن داده‌های بیشتر ناپدید شدند.[1]

برای کاهش سوگیری انسانی، تیم تحقیقاتی از یک تکنیک تحلیل کور استفاده کرد. دانشمندان نتایج نهایی را هنگام نوشتن کد تحلیل خود از خود پنهان کردند تا مطمئن شوند که ناخودآگاه مدل‌های خود را برای تولید یک نتیجه هیجان‌انگیزتر دستکاری نمی‌کنند.

اندازه‌گیری نامرئی‌ها متکی بر یک شگفتی مهندسی مدرن است. این تلسکوپ دارای یک صفحه کانونی مجهز به ۵۰۰۰ چشم فیبر نوری رباتیک است که برای جذب نور از هزاران منبع متمایز به طور همزمان طراحی شده‌اند.

هر موقعیت‌یاب رباتیک یک کهکشان خاص را هدف قرار می‌دهد و نور آن را جذب کرده و به مجموعه‌ای از طیف‌نگارها می‌فرستد. در عرض تنها ۲۰ دقیقه، این سیستم طیف ۵۰۰۰ شیء را جمع‌آوری می‌کند و به آن اجازه می‌دهد تا انتقال به سرخ (Redshift) آن‌ها را محاسبه کند—میزان کشیدگی نور آن‌ها در حین حرکت در جهان در حال انبساط.

اگر انرژی تاریک واقعاً پویا باشد، نظریه‌پردازان باید فراتر از ثابت کیهان‌شناسی را جستجو کنند. یکی از جایگزین‌های پیشرو، «کوینتسانس» (Quintessence) است، یک میدان نرده‌ای فرضی که در فضا نفوذ می‌کند و در طول زمان تغییر می‌کند، برخلاف انرژی ایستا در فضای خالی که توسط مدل استاندارد پیشنهاد شده است.[1]

سرنوشت نهایی جهان در تعادل است. تحت مدل استاندارد، انرژی تاریک ثابت، یک «انجماد بزرگ» (Big Freeze) را تضمین می‌کند، جایی که جهان برای همیشه منبسط می‌شود تا زمانی که تمام ستارگان بسوزند. اما اگر انرژی تاریک در حال تضعیف باشد، انبساط ممکن است در نهایت کُند شده یا حتی معکوس شود. با ادامه بررسی پنج ساله برای نقشه‌برداری از ۵۰ میلیون شیء، پاسخ نهایی ممکن است به زودی در دسترس باشد.[2]