نقشه سه‌بعدی کیهان توسط DESI تکمیل شد: آیا انرژی تاریک در حال تغییر است؟

محققان پروژه DESI در یک گام بی‌سابقه، از تکمیل نقشه سه‌بعدی کیهان با بالاترین وضوح و حجم بی‌نظیری از داده‌ها خبر دادند. این دستاورد می‌تواند درک ما از انرژی تاریک، نیروی مرموز مسئول انبساط شتاب‌دار جهان، را دگرگون کند. پیش از این، بررسی‌های اولیه ابزارهای DESI نشانه‌هایی از متغیر بودن انرژی تاریک در طول زمان، برخلاف تصورات رایج، آشکار کرده بود. اکنون، این نقشه جامع می‌تواند به طور قطعی این فرضیه‌ها را تأیید یا رد کند.

تا به امروز، مدل استاندارد کیهان‌شناسی بر این باور استوار بود که انرژی تاریک، نیروی دافعه‌ای که جهان را منبسط می‌کند، مقداری ثابت و تغییرناپذیر دارد. اما یافته‌های جدید DESI، این فرضیه را به چالش کشیده و احتمال تغییر یا تضعیف این انرژی را در طول زمان مطرح می‌کند. اگرچه این داده‌ها نیازمند بررسی‌های دقیق‌تر هستند، اما پتانسیل آن را دارند که در سال‌های آینده، علم کیهان‌شناسی را متحول سازند.

معمای انرژی تاریک و نقشه سه‌بعدی کیهان

برای درک اهمیت این کشف، ابتدا باید به معمای اصلی بپردازیم. بر اساس نیروی گرانش، انتظار می‌رود سرعت انبساط جهان به مرور زمان کند شود. اما مشاهدات نشان می‌دهد که جهان نه تنها در حال انبساط است، بلکه سرعت این انبساط نیز روزبه‌روز افزایش می‌یابد. دانشمندان این نیروی دافعه ناشناخته را «انرژی تاریک» نامیده‌اند.

آلبرت اینشتین نخستین بار وجود چنین نیرویی را تحت عنوان «ثابت کیهان‌شناسی» یا «لامبدا» پیش‌بینی کرد و آن را ویژگی ثابت و تغییرناپذیری از فضای خالی می‌دانست.

اما با ورود فیزیک کوانتوم، این مسئله پیچیده‌تر می‌شود. در فیزیک کوانتوم، فضای خالی در واقعیت خالی نیست، بلکه مملو از «ذرات مجازی» است که به طور مداوم به وجود آمده و ناپدید می‌شوند. دانشمندان بر این باورند که این جوشش دائمی ذرات مجازی می‌تواند منبع انرژی تاریک باشد. با این حال، یک چالش بزرگ وجود دارد: محاسبات کوانتومی نشان می‌دهد که مقدار این انرژی باید ۱۰ به توان ۱۲۰ برابر بزرگ‌تر از مقداری باشد که در واقعیت مشاهده می‌شود.

به دلیل همین پیچیدگی‌ها، مدل Lambda-CDM به عنوان مدل استاندارد پذیرفته شد که بر ثابت بودن انرژی تاریک در تمام طول تاریخ کیهان تاکید دارد. اما اکنون، نقشه جدید DESI این فرضیه را به چالش کشیده و احتمال تغییر و تضعیف انرژی تاریک را مطرح می‌کند.

ترسیم نقشه کیهان: خط‌کش کیهانی

پرسش اینجاست که دانشمندان چگونه به این تغییرات پی برده‌اند؟ برای اندازه‌گیری تغییرات کیهان در طول میلیاردها سال، آن‌ها به یک «خط‌کش کیهانی» نیاز داشتند. در روزهای نخستین پس از مه‌بانگ، کیهان به شکل یک سوپ فوق‌العاده داغ و متراکم از ذرات بود که امواج صوتی بسیار ریزی در آن حرکت می‌کردند. با انبساط و خنک شدن جهان، این امواج صوتی به صورت الگوهای موج‌دار و حباب‌مانند در فضا منجمد شدند که دانشمندان آن‌ها را «نوسانات آکوستیک باریونی» (BAO) می‌نامند.

قطر این حباب‌ها مشخص است و دانشمندان از آن‌ها به عنوان یک خط‌کش کیهانی استفاده می‌کنند. ابزار DESI دقیقاً برای همین منظور طراحی شده است: این ابزار با بهره‌گیری از ربات‌های فوق‌دقیق و فیبرهای نوری، نور میلیون‌ها کهکشان را جمع‌آوری می‌کند تا فاصله و اندازه این حباب‌ها را در طول ۱۱ میلیارد سال گذشته اندازه‌گیری کند. این داده‌ها به دانشمندان اجازه می‌دهد تا سرعت انبساط جهان را در هر نقطه از زمان گذشته محاسبه کنند.

با ترکیب داده‌های سال اول DESI با اطلاعات سایر تلسکوپ‌ها، دانشمندان به تفاوت‌های ظریفی دست یافتند که نشان می‌داد، برخلاف تصور اینشتین، انرژی تاریک در حال ضعیف شدن است.

در فیزیک، برای اطمینان از صحت یک کشف و عدم خطای آماری، از واحد «سیگما» استفاده می‌شود. دستیابی به عدد ۵ سیگما، استاندارد طلایی و نشانه تایید قطعی یک کشف علمی است. داده‌های جدید DESI که سه سال اول رصدها را پوشش می‌دهد، سطح اطمینانی بین ۲.۸ تا ۴.۲ سیگما را نشان می‌دهد که فاصله بسیار کمی تا تایید قطعی دارد.

در صورتی که برنامه طبق پیش‌بینی‌ها پیش برود، تحلیل نهایی داده‌ها تا سال ۲۰۲۷ یا ۲۰۲۸ تکمیل خواهد شد و در آن زمان مشخص می‌شود که آیا قوانین فیزیک کیهان‌شناسی نیازمند بازنویسی هستند یا خیر.