۲۴ فوریه ۲۰۰۹ نیوساینتیست
آن را جريان تاريك مي نامند، و مي تواند علامتي از آنسوي افق كيهاني باشد. آماندا جفتر Amanda Gefter گزارش مي دهد
براي بسياري از ما، جهان به طورغير قابل تصوري وسيع است. اما نه براي كيهانشناسان. آنها همواره خود رامحصور مي يابند. مهم نيست تلسكوپي كه مي سازند چقدر بزرگ است، تنها مي توانند نقاط دوردستي را ببينند كه قبل از يك ديوار قرار دارند، تقريباً به فاصله 45 ميليارد سال نوري افق كيهاني قراردارد، سدّي غير قابل عبور چرا كه نور آن سويش هنوز به ما نرسيده است.
پس ما اين جا، درون قسمتي از جهان گير افتاده ايم، متحير از اين كه چه چيزي دربيرون وجود دارد، و آگاه به اين حقيقت كه شايد هيچ گاه پي نبريم. اميد ما اين است كه با گوش بزنگي و كمي شانس، شكافي در ساختار اشياء پيدا كنيم، كه بتواند روزنه اي به آن مكان پنهان در وراي لبه جهان باشد. هم اكنون ساشا كاشلينسكي Sasha Kashlinsky باور دارد كه به چنين روزنه اي برخورد كرده است.
كاشلينسكي ، يك دانشمند ارشد مركز پرواز هاي فضايي گادارد ناسا Goddard Space Flight Center در گرينبلت Greenbelt، مري لند Maryland، به مطالعه خوشه هاي كهكشاني پرسرعتي پرداخته است كه به سوي زمينه فضاي درحال انبساط حركت مي كنند. او و همكارانش سرعت خوشه هاي كهكشاني را تا 1000 كيلومتر بر ثانيه اندازه گرفته اند- بسيار بيشتر از آن چيزي كه درك ما از كيهانشناسي مي گويد. و حتي عجيب تر از آن، به نظر مي رسد هر خوشه به سمت بخش كوچكي از آسمان بين صورت هاي فلكي قنطروس Centaurus و بادبان Vela هجوم مي برند.
كاشلينسكي و تيمش ادعا مي كنند كه مشاهدات آنها اولين شواهد مربوط به هر آن چيزي است كه وراي افق كيهاني قرار دارد. اگر ادعاي آنها درست باشد مي توانيم بفهميم جهان درست پس از مهبانگ چگونه بوده است يا اين كه آيا جهان ما يكي از بي شمار جهان است. ديگران مطمئن نيستند. يك تفسير قابل توجه ديگر اين است كه اين مشاهدات هيچ ربطي به جهان هاي بيگانه ندارد، بلكه نتيجه خطا در يكي از فرضيات مهم كيهانشناسي است، يعني اين ايده كه جهان در تمام جهات يكسان به نظر مي رسد. البته اگر مشاهادت دقت لازم را داشته باشد.
به هر حال همكاران او متعجب به فكر فرو رفته اند. لارا مرسيني-هافتون Laura Mersini-Houghton از دانشگاه كاروليناي شمالي North Carolina، كيپ هيل Chapel Hill، مي گويد : "اين كشف به انبوهي از معماها در كيهانشناسي اضافه مي كند." در اين انبوه ، 95 درصد از محتويات جهان جمع شده است، از جمله ماده تاريك نامرئي كه به نظر مي رسد كهكشانها را كنار يكديگر نگه مي دارد، و انرژي تاريك مرموز كه به انبساط جهان شتاب مي بخشد. بنابراين، كاشلينسكي هم اين معماي جديد را جريان تاريك Dark Flow ناميده است.
كاشلينسكي با نگاه كردن به نشانه هاي حركت خوشه هاي كهشكاني در ميكروموج زمينه كيهان Cosmic Microwave Background (CMB) -گرماي به جا مانده از مهبانگ- سرعت آنها را كه در فاصله 5 ميليارد سال نوري قرار دارند اندازه گيري مي كند. فوتونهاي CMB معمولاً بدون تداخل در ميلياردها سال نوري از فضاي بين ستاره اي حركت مي كنند، اماهنگامي كه از ميان يك خوشه كهكشاني عبور مي كنند با گاز داغ يونيزه موجود در فضاي بين كهكشانها مواجه مي شوند. فوتونهايي را كه اين گاز پراكنده مي كند به صورت يك اختلال كوچك در دماي CMB ظاهر مي شوند، و اگر خوشه در حال حركت هم باشد، اين اختلال يك انتقال دوپلر Doppler Shift نيز ثبت مي كند(پديده دوپلر پديده اي است كه در آن فركانس موج دريافتي به دليل حركت منبع آن دچار تغيير مي شود. براي مثال صداي موتور ماشين هنگامي كه به شما نزديك مي شود در اثر پديده دوپلر زيرتر و هنگامي كه از شما دور مي شود بم تر شنيده مي شود. اگر طيف نور يك جرم آسماني را كه نسبت به شما حركت مي كند مشاهده كنيد خواهيد ديد كه فركانس ها در جاي خود نيستند و بر اثر پديده دوپلر دچار انتقال يا جابجايي شده اند).
در هر خوشه به تنهايي،اين جابجايي آن قدر كوچك است كه كسي زحمت آشكار ساختن آن را به خود نمي دهد. هر چند، كاشلينسكي پي برد كه با تركيب اندازه گيري هاي تعداد زيادي خوشه هاي كهشكاني، سيگنال تا حد قابل اندازه گيري اي تقويت مي شود.
كاشلينسكي و تيمش فهرستي را از تقريباً 800 خوشه جمع آوري كردند، با استفاده از تلسكوپهايي كه اشعه ايكس منتشر شده از گاز يونيزه دورن خوشه ها را جمع آوري مي كنند. سپس با استفاده از تصاويري كه ماهواره WMAP ناسا گرفته بود به CMB مربوط به آن مناطق نگاه كردند.
چيزي كه پيدا كردند، آنها را تكان داد. انتظار مي رود خوشه هاي كهشكاني در ناحيه مخصوصشان از فضا به اين طرف وآن طرف حركت كنند، چرا كه ماده به طور غير يكنواختي در توده ها جمع شده است و باعث به وجود آمدن ميدان هاي گرانشي موضعي مي شود كه كشش زيادي به آن ها وارد مي كند. هر چند، در مقياس هاي بزرگ، توزيع ماده يكنواخت در نظر گرفته مي شود، بنابراين در اين مقياس ها خوشه ها مي بايست در طول فضا و همزمان با انبساط آن حركت كنند. علاوه بر آن، همه چيز در مدل استاندارد كيهانشناسي به ما مي گويد كه جهان بايد درهمه جهات كاملاً يكسان باشد.
پس چه چيزي عامل جريان تاريك است؟ كاشلينسكي مي گويد ماده تاريك نمي تواند باشد، چرا كه همه ماده تاريك موجود در جهان هم نمي تواند گرانش لازم را ايجاد كند. انرژي تاريك هم نمي تواند باشد، چرا كه انرژي تاريك توزيع يكنواختي در فضا دارد. او نتيجه مي گيرد كه تنها يك احتمال باقي مي ماند: چيزي وراي افق كيهاني مسئول است.
قبل ازاين كه يافته ها در ژرونال مقالات اختر فيزيك Astrophysical Journal Letters در ماه اكتبر منتشر شوند، كاشلينسكي مي دانست كه ايده او چقدر بدعت گزارانه به نظر خواهد رسيد. او مي گويد : "ما بيش از يك سال روي آن كار كرديم واز همه چيز مطمئن شديم، اين يافته چيزي نبود كه انتظارش را داشته باشيم يا حتي بخواهيم پيدا كنيم، بنابراين مدت زيادي مردّد بوديم، اما سرانجام اين چيزي است كه داده ها به ما مي گويند."
هيچ كس دقيقاً نمي داند چه چيزي ممكن است در آن سوي افق كيهاني قرار داشته باشد يا اين كه جهان واقعاً چقدر بزرگ است ( "جهان چقدر بزرگ است؟" را در انتهاي مقاله ببنيد) اما كاشلينسكي فكر مي كند در آن سو بقايايي از حالت پر هرج و مرجي وجود دارد كه در كسري از ثانيه پس از آغاز زمان برقرار بوده است، قبل از اينكه پديده اي به نام تورم inflation رخ دهد.
عموماً اين طور پنداشته مي شود كه جهان ما به صورت يك تكه كوچك در فضا–زماني كه قبل از آن وجود داشته مانند يك حباب بوجود آمده است و سپس دستخوش يك انبساط نمايي (با رشد زياد) exponential expansion شده است. اين دوره از انبساط تورمي، جهان ما را كشش داد و هموار كرد، كه نتيجه آن توزيع يكنواخت ماده و انرژي بود. بدون اتوكشي انبساط تورمي، فضا-زمان مي تواند بسيار نامنظم باشد: در يك همسايگي يكنواخت و در ديگري داراي ساختارهاي عظيم يا سياهچاله هاي black hole غول آسا، كاشليسنكي مي گويد: "مي تواند به طور غير قابل تصوري عجيب وغريب، يا چيزي نسبتاً فاقد جذابيت باشد،". در هر صورت، او مي گويد چيزي بيرون از حباب ما به خوشه هاي كهكشاني ما نيروي كششي وارد مي كند و جريان تاريك را به وجود مي آورد.
تعابير عيجب تر ديگري نيز براي جريان تاريك پيشنهاد شده است. امكان دارد- حتي به عقيده بعضي احتمال دارد- حباب ما تنها حبابي نبوده باشد كه در فضا–زمان اوليه دچار انبساط تورمي شده است. در اين سناريوي "تورم هميشگي eternal inflation"، حباب ها در هر جايي ظاهر مي شوند، و هر يك جهان خود را در يك ابر جهان multiverse بزرگتر تعريف مي كند.
بسياري كيهانشناسان از اين كه ديگر جهان ها را در گوشه پر گرد و خاك تئوري رها كنند خوشحال هستند، جايي كه محصولات جانبي آن انباشته مي شود. اما مرسيني–هافتون يكي از آنها نيست. او استدلال مي كند كه عامل جريان تاريك ديگر جهان هايي هستند كه به خوشه هاي كهكشاني جهان ما كشش گرانشي وارد مي كنند. او و همكارانش محاسبه كرده اند كه ديگر جهان ها، كه به طور تصادفي در اطراف حباب ما پراكنده شده اند، چگونه گرانش درون آن را تحت تاثير قرار ميدهند. او مي گويد : "وقتي مقدار نيرويي را كه به خوشه هاي جهان ما وارد مي شود تخمين زديم، از اين كه عدد به دست آمده با آن چه كاشلينسكي مشاهده كرده است به مقدار زيادي مطابقت دارد بسيار هيجان زده شدم، من قاطعانه باور دارم اين پديده مربوط به چيزي خارج از جهان ماست."
ديگران اعتقاد دارند كه جريان تاريك مي تواند نشانه اي از برخورد حباب ما با حباب ديگري كمي بعد از مهبانگ باشد. درتورم هميشگي هر حباب مي تواند با مجموعه اي منحصر بفرد از ذرات و نيروهاي طبيعت ناگهان پا به عرصه هستي بگذارد، بنابراين برخورد بين دو حباب مي تواند پيامدهاي جالب توجهي داشته باشد. اگر دو جهان داراي فيزيك يكسان با هم برخورد كنند، ابتدا انفجاري از انرژي توليد كرده و سپس در يكديگر فرو مي روند. هر چند، اگر دو حهان بسيار متفاوت تصادم كنند، يك نبرد كيهاني آغاز مي شود. در محل برخورد، ديواري از انرژي به نام ديوار قلمرو Domain Wall شكل مي گيرد، و دو جهان ناسازگار را جدا نگه مي دارد. سپس حبابي كه انرژي كمتري دارد منبسط مي شود و ديوار قلمرو را به روفتن رقيبش مي فرستد كه هر چيزي را بر سر راهش محو مي كند.
اگر جهان ما چنين برخوردي را پشت سر گذاشته باشد، هر مدرك به جا مانده از اين خرابي كيهاني بايد در بخشي از آسمان كه رو به سوي محل برخورد دارد ظاهر شود. فشار ناشي از اين برخورد مي بايست فضا را از شكل طبيعي خارج كند، كه اين به نوبه خود چگونگي عبور نور، از جمله CMB، از ميان فضا را تحت تاثير قرار مي دهد، و اينكه چگونه ساختارهاي بزرگ مقياس، مانند كهكشان ها و خوشه ها، نمو مي كنند. انتظار داريم اگر اكنون به آسمان بنگريم، جهان را ببنيم كه در جهت برخورد ويژگي هاي عجيبي از خود به نمايش مي گذارد. فيزيكدان آنتوني آگواير Anthony Aguirre از دانشگاه كاليفرنيا California، سانتاكروز Santa Cruz، مي گويد شايد اين برخورد جهت خاصي را بر روي CMB مهر كرده باشد. "همين طور كه از اين جهت خاص دور مي شويد ، دما[يCMB] تغيير خواهد كرد." فيزيكدانان هم اكنون به دنبال نشانه هاي چنين تغييري در حال جستجوي داده ها هستند. آگواير مي گويد هرگاه هم كه اتفاقات عجيبي در مقياس بزرگ در كهكشان ما رخ مي دهد، بقاياي يك برخورد، نامزدي براي توجيه آن هستند.
يك راه حل كاملاً متفاوت براي جريان تاريك از جانب لوسيانو پيترونرو Luciano Pietronero از دانشگاه لا ساپينتزا Sapienza La در رم ،ايتاليا و فرانچسكو سيلوس لابيني Francesco Sylos Labini از مركز انريكو فرمي Enrico Fermi Center در رم، ايتاليا، پيشنهاد مي شود. آن ها مي گويند كه مدل استاندارد كيهانشناسي اشتباه است و اين كه يك مدل متفاوت مي تواند حركت خوشه هاي كهكشاني را كه كاشيلنسكي پيدا كرده است توجيه كند.
پسترونرو مي گويد: "اين هم دليل ديگري است كه به اين حقيقت اشاره مي كند كه تصوير استاندارد ما از شكل گيري كهكشانها، آنچه را كه در جهان واقع اتفاق مي افتد به طور صحيحي توضيح نمي دهد."
پيش بيني حركت خوشه هاي كهكشاني با استفاده از مدل مرسوم بر اين فرض استوار است كه ماده درمقياس هاي بسيار بزرگ به طور يكنواخت در فضا توزيع شده است. پيترونرو و سيلوس ادعا مي كنند كه تحليل و بررسي پراكندگي كهكشانها و خوشه هاي كهكشاني در آسمان نشان مي دهد كه اين فرض درست نيست، و اينكه ماده در مقياس هاي بزرگ مانند يك شكل خودمتشابه fractal است(شكل خودمتشابه شكلي است كه هر چقدر آن را بزرگ كنيد يك حالت دارد). اگر اين طور باشد، ميدان گرانشي هم در جهان نامنظم خواهد بود و مي تواند منجر به پديده هايي شود كه كاشلينسكي مشاهده كرده است. نتايج جديد كاوش ديجيتال آسمان اِسلون Sloan Digital Sky Survey، كه تا كنون موقعيت تقريباً يك ميليون كهكشان را نقشه برداري كرده است، كمك خواهد كرد تا پيترونرو و سيلوس تصويري دقيقتر، از توزيع ماده داشته باشند، كه آنها اميد دارند ايده شان را اثبات خواهد كرد. سيلوس لابيني مي گويد: " فكر مي كنم به زودي شاهد خبرهاي جالبي باشيم."
هر چند، يك جهان خودمتشابه مشكلات بزرگ خودش را ايجاد خواهد كرد. به عنوان مثال، توزيع خودمتشابه ماده با انبساط تورمي كيهان ناسازگار است، بنابراين نظريه پردازان قبل از هر چيز بايد به چگونگي پيدايش آن بپردازند.
كاوش ابر جهان
فيزيكدان داگلاس اسكات Douglas Scott از دانشگاه بريتيش كلمبيا British Columbia در ونكوور Vancouver، كانادا، نيز نسبت به اين كه جريان تاريك گواهي بر وجود هر چيزي بيرون ازجهان قابل مشاهده است شك دارد. او مي گويد: "به هر شكل دليلي وجود ندارد كه انتظار داشته باشيم عامل آن ساختاري فراتر از افق باشد." او اشاره مي كند كه تاكنون جريان تاريك تنها تا فاصله هايي مشاهده شده است كه درصدي از كل فاصله تا افق هستند. "اگر اين پديده واقعي باشد، دليل محتمل آن ساختاري بسيار بزرگ مقياس خواهد بود، اما هنوز درون افق." با اين وجود، چنين ساختاري مدل استاندارد كيهانشناسي را به چالش بزرگي مي كشد.
هم اكنون مهم ترين مسئله اين است كه جريان تاريك و اين كه تا افق كيهاني ادامه دارد تاييد شود. دو تيم ديگر اندازه گيري هايي موافق با نتايج كاشيلنسكي انجام داده اند، اما تنها درمقياس هايي كمتر از 200 ميليون سال نوري، يك گام كوتاه در مقايسه با فاصله تا افق كيهاني.
براي تاييد يافته هايشان، تيم كاشلينسكي داده هاي جديدتري را از WMAP تحليل و بررسي، و با محققان در دانشگاه هاوايي Hawaii بر روي داده هاي يك كاتالوگ تمام-آسمان اشعه ايكس كار خواهند كرد. اثر دوپلر كوچكي كه كاشلينسكي با استفاده از آن سرعت خوشه ها را اندازه مي گيريد تنها در توده قابل مشاهده است، يعني هر چه تعداد خوشه هاي كهكشاني كه او مي تواند ببيند بيشتر باشد بهتر است. كاشلينسكي مي گويد: "اگر تاييد شود، اين يك راه مهيج براي كاوش ساختار كامل جهان و شايد ابر جهان خواهد بود، اما بايد مرتباً بررسي كنيد و باز بررسي كنيد."
آگواير مي گويد: "اگر اين پديده تاييد شود و واقعي باشد، به طور غير قابل باوري مهم خواهد بود، به همان اندازه كه فهميديم آن لكه هاي كوچك آسمان، ديگر كهكشان ها هستند. مهم ترين چيزي كه به ما خواهد گفت اين است كه تصوير استاندارد به نحوي مخدوش شده است. و هيجان انگيز ترين چيزي كه مي تواند به ما بگويد اين است كه جهان هايي ديگري وجود دارند."
اگر اينگونه شود،درهاي فضا و زمان گشوده خواهند شد تا واقعيتي را آشكار سازند كه بسيار بزرگتر از آن چه مي دانيم است. هر گاه اين اتفاق بيفتد، آن دسته از كيهانشاسان مبتلا به تنگاترسي بالاخره قادر خواهند بود راحت نفس بكشند.
جهان چقدر بزرگ است ؟
7/13 ميليارد سال از مهبانگ مي گذرد، بنابراين نوري كه به ما مي رسد نمي توانسته سفرش را زودتر از آن آغاز كرده باشد، با اين حال دورترين اشيائي را كه امروز مي توانيم به طور امكان پذيري ببينيم دورتر از 7/13 ميليارد سال نوري قراردارند. زيرا در طول حيات جهان، فضا در حال انبساط بوده است. با احتساب اين، كيهانشناسان براورد مي كنند كه لبه جهان قابل مشاهده ما تقريباً در فاصله 45 ميليارد سال نوري قراردارد.
فراتر از آن، كه مي داند؟ نظريه تورم كيهانشناسي پيش بيني مي كند كه جهان از يك حباب رشد كرده است. اين كه آن حباب، هم اكنون چه اندازه است به اين بستگي دارد كه تورم چه مدت طول كشيده است. اگر مدت بسيار زيادي ادامه داشته- در اين مبحث "بسيار زياد" باز كسري از ثانيه است- امكان دارد لبه جهان ما بسيار دورتر از حد 45 ميليارد سال نوري ديدمان قرار داشته باشد. اين حقيقت، همچنين امكان مشاهده تاثيرات ديگر جهان ها بر روي جهان ما را رد مي كند. همان طور كه متيو كلبن Matthew Kleban از دانشگاه نيويورك شرح مي دهد: "كاملاً امكان پذير است كه در يك ابر جهان زندگي كنيم و هيچ گاه متوجه نشويم چرا كه تورم بسيار زياد بوده است."
اين نقشه وضوح بالا از نور ميكرو موجي كه تنها 380000 سال پس از مهبانگ منتشر شده است، جهان ما را دقيقتر از هر زماني به تصوير مي كشد. نتایج بدست آمده از مدارگردي به نام كاوشگر ناهمسانگردي ميكروموج ويلكينسون Wilkinson Microwave Anisotropy Probe، كه مشتاقانه انتظارشان را مي كشيدند چند اختلاف ديرين در كيهانشناسي را حل مي كنند.
ذخیره شده تصویر زیر در رایانه تان را ببینید.
