مجموعه داده‌ای جدید از ۲۸۸۴ ابرنواختر، مدل استاندارد انرژی تاریک را به چالش می‌کشد

سه دهه رصد نجومی که نور دقیقاً ۲۸۸۴ ستاره کوتوله سفید در حال انفجار را ثبت کرده‌اند، اکنون در یک چارچوب تحلیلی واحد یکپارچه شده‌اند. این حجم از داده‌ها - که جامع‌ترین کاتالوگ از ابرنواخترهای نوع Ia تا به امروز است - واضح‌ترین تصویر ممکن را از نحوه انبساط کیهان در طول زمان ارائه می‌دهد.

پژوهشگران با تحلیل مجدد اندازه‌گیری‌های تاریخی در کنار پیمایش‌های مدرن، به شواهد جدیدی دست یافته‌اند که نشان می‌دهد انرژی تاریک، همان نیروی مرموزی که شتاب کیهانی را پیش می‌راند، ممکن است یک ثابتِ تغییرناپذیر نباشد. این مجموعه، معیار جهانی جدیدی در کیهان‌شناسی ابرنواختری بنا می‌کند و داده‌های قدرتمندی را برای آزمایش مفروضات بنیادینی که درک ما از تکامل کیهان بر آن‌ها استوار است، فراهم می‌آورد.[1][4]

ابرنواخترهای نوع Ia برای اخترفیزیک‌دانان نقش «شمع‌های استاندارد» کیهانی را ایفا می‌کنند. از آنجا که این کوتوله‌های سفیدِ خاص با درخشندگی بسیار ثابت و قابل پیش‌بینی منفجر می‌شوند، پژوهشگران می‌توانند با اندازه‌گیری درخشندگی ظاهری آن‌ها از روی زمین، فواصل دقیق کیهانی را محاسبه کنند.

وقتی این فواصل با «انتقال به سرخ» کهکشان‌های میزبان آن‌ها - معیاری برای سنجش سرعت دور شدن آن کهکشان‌ها از ما - ترکیب می‌شود، نرخ دقیق انبساط کیهان در طول میلیاردها سال به دست می‌آید. کیهان‌شناسان با رسم این اندازه‌گیری‌ها روی نمودار هابل، می‌توانند تاریخچه انبساط جهان را ردیابی کرده و ویژگی‌های انرژی تاریکی که محرک آن است را استنتاج کنند.[1][4]

یک تیم جهانی به رهبری پژوهشگران دانشکده ریاضیات و فیزیک دانشگاه کوئینزلند، این مجموعه داده مرجع و جدید را گردآوری کرده‌اند. برای یکپارچه‌سازی این اطلاعات پراکنده، رصدهای قدیمی‌تر با استفاده از تکنیک‌های محاسباتی مدرن به دقت بازتحلیل شدند.

این تیم متغیرهایی را که می‌توانند نور رسیده به زمین را دچار اعوجاج کنند، در نظر گرفتند؛ از جمله غبار کیهانی، جرم کهکشان و همگرایی گرانشی - یعنی خمیدگی و بزرگ‌نمایی نور در اطراف اجرام پرجرم، در مسیر حرکتش از یک ابرنواختر دوردست به سمت تلسکوپ‌های ما. این استانداردسازی تضمین می‌کند که یک ابرنواختر رصد شده در سال ۱۹۹۵ می‌تواند با دقت تمام با ابرنواختری که در سال ۲۰۲۴ رصد شده، مقایسه شود.[1]

پایه و اساس این مجموعه داده بر تلاش‌های رصدی عظیم و چندساله در سراسر جهان استوار است. به عنوان مثال، شاخه استرالیاییِ پیمایش انرژی تاریک که با نام OzDES شناخته می‌شود، پیش از این شامل بیش از ۳۰ پژوهشگر بود که آسمان را به مدت ۱۰۰ شب در طول شش سال با استفاده از تلسکوپ انگلو-استرالین در رصدخانه سایدینگ اسپرینگ رصد کردند.

این زمانِ رصدِ اختصاصی به آن‌ها اجازه داد تا انتقال به سرخِ منابعِ بسیار کم‌نور را اندازه‌گیری کنند و داده‌های حیاتیِ مربوط به سرعت را که برای ترکیب با اندازه‌گیری‌های فاصله (به‌دست‌آمده از درخشندگی ابرنواخترها) نیاز بود، فراهم آورند.[1][4]

مجموعه داده حاصل از این ۲۸۸۴ ابرنواختر، سپس با دیگر اندازه‌گیری‌های مستقل کیهانی، مانند نورِ بازمانده از مه‌بانگ و نقشه‌های دقیق توزیع کهکشان‌ها در فضا ترکیب شد. یافته‌های ترکیبی، ما را از مدل استاندارد کیهان‌شناسی که با نام Lambda-CDM شناخته می‌شود، دور می‌کند.

آن مدل فرض را بر این می‌گذارد که انرژی تاریک یک ثابت کیهان‌شناختیِ تغییرناپذیر است - یعنی ویژگی ثابتی از خودِ فضا که صرف‌نظر از میزان انبساط جهان، چگالی یکسانی را حفظ می‌کند. در عوض، داده‌های جدید به یک انرژی تاریکِ دینامیک و پویا اشاره دارند که در طول زمان تکامل می‌یابد.[1][2]

رایان کامیلیری، دانشجوی دکترا در دانشگاه کوئینزلند که تحلیل نهایی کیهان‌شناسی را اجرا کرده است، می‌گوید: «به جای تأیید مدل استاندارد کیهان‌شناسی که فرض می‌کند انرژی تاریک ثابت و تغییرناپذیر است، ما شواهد بیشتری داریم که نشان می‌دهد انرژی تاریک ممکن است در طول زمان تغییر کند.» کامیلیری خاطرنشان کرد که این پروژه، سه دهه رصد نجومی را در یک چارچوب واحد و سازگار بازسازی کرده است و به تیم اجازه می‌دهد تا اندازه‌گیری‌ها را در برابر مدل‌های مختلف انرژی تاریک آزمایش کنند تا امیدوارکننده‌ترین تطابق را بیابند.[1]

این تنها مجموعه داده‌ای نیست که به یک انرژی تاریکِ متغیر اشاره می‌کند. این مجموعه جدید بر پایه داده‌های سال ۲۰۲۴ از پیمایش انرژی تاریک (DES) بنا شده است، که برای اولین بار هنگام تحلیل زیرمجموعه کوچکتری از ابرنواخترها، نشانه‌هایی از تغییر انرژی تاریک در طول زمان را نشان داد.

علاوه بر این، ابزار طیف‌سنجی انرژی تاریک (DESI) نیز به طور مستقل نشانه‌های مشابهی را در پیمایش‌های خود از امواج صوتی بازمانده از کیهان اولیه - که به عنوان نوسانات آکوستیک باریونی شناخته می‌شوند - کشف کرد. این ناهنجاری‌های همپوشان نشان می‌دهند که فرضِ مدل استاندارد مبنی بر ثابت بودن انرژی تاریک، ممکن است از اساس دارای نقص باشد.[1][3]

پروفسور تامارا دیویس، اخترفیزیک‌دان در دانشگاه کوئینزلند، می‌گوید: «بنابراین، دو اندازه‌گیری کاملاً مستقل، نشانه‌هایی از تغییرات زمانی در انرژی تاریک یافته‌اند که مدل استانداردِ تغییرناپذیری انرژی تاریک را به چالش می‌کشد.» اگر شتاب جهان واقعاً در طول زمان در حال ضعیف شدن باشد، همان‌طور که مدل‌های دینامیک نشان می‌دهند، تحلیل‌های قبلی حاکی از آن است که جهان ممکن است حدود ۱۰۰ میلیون سال جوان‌تر از تخمین‌های فعلی باشد. چنین تغییری کیهان‌شناسان را ملزم می‌کند تا خط زمانی تاریخ کیهان را دوباره محاسبه کنند.[1][4]

با این حال، پژوهشگران تأکید می‌کنند که این شواهد هنوز در حد یک «نشانه» است و نه یک تأیید قطعی. انحراف از مدل استاندارد که در این مجموعه جدید مشاهده شده، به سمتی کمی متفاوت از یافته‌های اولیه DES اشاره دارد، که این خود نشان‌دهنده دشواری عظیم در کالیبره کردن چنین مجموعه داده‌های وسیعی است.

حل این تناقضات نیازمند نمونه‌های حتی بزرگ‌تری است. انتظار می‌رود پروژه‌های آینده، مانند برنامه ابرنواختر تمام‌آسمان بستر انرژی تاریک، صدها ابرنواختر دیگر را به این کاتالوگ اضافه کنند و محدودیت‌های مربوط به نحوه رفتار انرژی تاریک و اینکه آیا مدل استاندارد باید بازنویسی شود یا خیر را بیش از پیش روشن سازند.[1]