زمان ظاهراً در آغاز جهان پنج برابر کندتر از اکنون بوده است

به دلیل تأثیر عجیب سرعت بر گذر زمان، به نظر می‌رسد زمان در نوزادی جهان یا حدود ۱۳ میلیارد سال پیش، کندتر از زمان حال بوده است یا حداقل از دید ناظر فعلی این طور به نظر می‌رسد. به این پدیده اتساع زمانی گفته می‌شود. به گزارش ساینس‌آلرت، گرینت لویس، اخترفیزیک‌دان دانشگاه سیدنی استرالیا و برندن بروور، آمارشناس دانشگاه اوکلند برای اولین بار با بررسی نوسان کهکشان‌های درخشان موسوم به اختروش در زمان طلوع کیهانی، این پدیده را رصد کردند.

نوسان‌های یادشده به دلیل افزایش سرعت انبساط جهان، با سرعتی پنج برابر کندتر از زمان نزدیک‌تر، رخ دادند. این پدیده، دوردست‌ترین اتساع زمانی است که در عمل دیده شده و می‌تواند مسئله‌های زیادی را حل کند. این امر نشان می‌دهد که اختروش‌ها در بخش‌های وسیع فضازمان با پدیده‌ی اتساع زمانی سازگار هستند؛ بنابراین این پدیده نه‌تنها با مدل استاندارد کیهان‌شناسی سازگار است، بلکه می‌توان اتساع زمان را در مطالعات رفتار آن‌ها بررسی کرد.

لویس توضیح می‌دهد که با نگاه به گذشته، یعنی زمانی که تنها یک میلیارد سال از عمر جهان می‌گذشت، می‌بینیم که زمان پنج برابر کندتر می‌گذرد. اگر در زمان نوزادی جهان حضور داشتید، یک ثانیه همان یک ثانیه به نظر می‌رسید اما از چشم انداز فعلی ما (پس از ۱۲ میلیارد سال) زمان آغازین کندتر است.

گرچه این مسئله را نمی‌توان به وضوح در زندگی روزمره مشاهده کرد، فضا و زمان در جهان به شکل انکارناپذیر به یکدیگر متصل هستند. به همین دلیل است که می‌توانیم شاهد انبساط جهان باشیم. نور اجرام دوردست با انبساط جهان کشیده می‌شود و به سمت سرخ‌تر طیف حرکت می‌کند. به این پدیده اثر داپلر گفته می‌شود و روی زمین هم می‌توان آن را تجربه کرد.

برای مثال به صدای آژیر آمبولانس فکر کنید که با دور شدن خودروی آمبولانس، حالتی کشیده پیدا می‌کند. در این قیاس، آمبولانس می‌تواند کهکشانی دوردست باشد و نور آن آژیر است. در منبع، انتشار صدا عادی است، اما از چشم‌انداز ما کشیده به نظر می‌رسد.

پدیده‌ی مشابه آمبولانس می‌تواند برای زمان هم رخ دهد. برای مثال این پدیده را می‌توان در انفجارهای ابرنواختری جهان مرئی مشاهده کرد. زمان برای ما به صورت عادی می‌گذرد و برای شخصی که نزدیک به انفجار ابرنواختر قرار دارد نیز گذر زمان عادی است؛ اما به دلیل سرعت نسبی بین دو نقطه، ابرنواختر برای ما به شکل حرکت آهسته یا اسلوموشن دیده می‌شود.

بر اساس پیش‌بینی‌ها، اختروش‌های جهان آغازین هم باید پدیده‌ی مشابهی را نشان دهند، اما این اجرام با ابرنواخترها تفاوت دارند. کهکشان‌های اختروش معمولا دارای سیاه‌چاله‌ی‌ کلان‌جرم تغذیه‌‌کننده و فعالی در مرکز خود هستند. این فرآیند تغذیه با افزایش حرارت مواد اطراف سیاه‌چاله باعث تولید مقدار زیادی نور می‌شود.

بر اساس توضیحات لویس، ابرنواختر مانند جرقه‌ای نوری عمل می‌کند و بررسی آن آسان‌تر است. درحالی‌که اختروش‌ها مانند نمایش آتش‌بازی پیوسته، پدیده‌های پیچیده‌تری هستند. کاری که پژوهشگرها انجام دادند بررسی این نمایش آتش‌بازی بود. آن‌ها ثابت کردند که می‌توان از اختروش‌ها به‌عنوان شاخص‌های استاندارد زمان در جهان آغازین استفاده کرد.

لویس و بروور به بررسی مجموعه‌ای شامل ۱۹۰ اختروش بین ۲٫۴۵ و ۱۲٫۱۷ میلیارد سال پیش پرداختند (بیگ‌بنگ در حدود ۱۳٫۸ میلیارد سال قبل رخ داد)، داده‌های این پژوهش در طیف طول موج‌های مختلف و در بازه‌ای بیست ساله جمع‌آوری شدند. آن‌ها حدود ۲۰۰ رصد را برای هر اختروش در اختیار داشتند که امکان‌ بازسازی دقیق نوسان‌های آن‌ها را فراهم می‌کرد.

در گذشته دانشمندان تصور می‌کردند تغییرات اختروش‌ها، آثار اتساع زمانی را نشان نمی‌دهند، اما نمونه‌ها اندک بودند و برای بازه‌های کوتاه‌تری رصد شده بودند. با گسترش چشمگیر تعداد اختروش‌ها و همچنین مدت زمان رصدها، دو پژوهشگر به این نتیجه رسیدند که اختروش‌های قدیمی‌تر به شکل اسلوموشن یا حرکت آهسته نسبت به اختروش‌های جدیدتر سوسو می‌زنند.

لویس درباره‌ی نتیجه‌ی مطالعه می‌گوید، پژوهش‌های گذشته این پرسش را مطرح کرد که آیا اختروش‌ها واقعا اجرام کیهانی هستند یا حتی آیا فرضیه‌ی انبساط جهان صحیح است یا خیر. «بااین‌حال با این داده‌ها و تحلیل‌های جدید، توانسته‌ایم به سو‌سو زدن غیرعادی اختروش‌ها پی ببریم و رفتار آن‌ها دقیقا مطابق با همان چیزی است که نسبیت انیشتین پیش‌بینی می‌کند.»

این پژوهش در مجله‌ی نیچر استرونومی منتشر شد.