جهان در باکیفیت‌ترین نمای ممکن؛ انتشار بهترین تصاویر از دوران نوزادی کیهان

گاهی اوقات یک تصویر می‌تواند ارزشی بسیار بیشتر از هزار کلمه داشته باشد. برای مثال، یکی از مقیاس‌های مرتبط با تصاویر زیر (عکس‌های جدید و باکیفیت از دوران نوزادی کیهان)، «۱۹۰۰ زتا-خورشید» است. این مقدار با تقریباً دو تریلیون تریلیون خورشید برابری می‌کند و نمایانگر میزان جرمی (یا معادل آن به صورت انرژی) است که این تصاویر در سرتاسر جهان مشاهده‌پذیر با وسعت حدود ۵۰ میلیارد سال نوری در هر جهت، نشان می‌دهند.

تصاویر تازه‌منتشرشده، نتایج نهایی تلسکوپ کیهان‌شناسی آتاکاما (ACT) هستند؛ رصدخانه‌ای به پشتیبانی مالی بنیاد ملی علوم آمریکا که از سال ۲۰۰۷ تا ۲۰۲۲ برفراز قله‌ای در شیلی فعالیت می‌کرد. محققان نتایج خود را که هنوز مورد داوری همتا قرار نگرفته است، در جلسه‌ی اخیر انجمن فیزیک آمریکا ارائه کردند.

جو دانکلی، کیهان‌شناس دانشگاه پرینستون که رهبری گروه تحلیل ACT را برعهده دارد می‌گوید: «آنچه من درباره‌ی این تصاویر جدید دوست دارم این است که تاریخ کل جهان را زنده می‌کنند. این واقعیت که می‌توانید صرفا به آسمان نگاه کنید و سرگذشت کل کیهان را ببینید، زیبا است و با ACT توانستیم بهتر از همیشه ببینیم.»

 تلسکوپ کیهان‌شناسی آتاکاما (ACT) درخشش ساطع‌شده پس از بیگ‌بنگ را مشاهده کرد؛ یعنی همان تابش پس‌زمینه کیهانی (CMB) که وقتی کیهان تنها ۳۸۰ هزار سال سن داشت، منتشر شد. در آن زمان کیهان اساساً یک توپ آتشین بود؛ حبابی در حال گسترش از پلاسمای داغ و غیرشفاف که به اندازه‌ی سطح خورشید داغ و مات بود. این کدربودن باعث می‌شود نور CMB قدیمی‌ترین چیزی باشد که هرکس می‌تواند ببیند.

تلسکوپ کیهان‌شناسی آتاکاما با تکیه بر مطالعات قبلی CMB، مانند بررسی‌های ماهواره پلانک آژانس فضایی اروپا، شدت و قطبش نور منتشرشده از پلاسمای اولیه‌ی کیهان را با دقت و حساسیت بی‌سابقه اندازه‌گیری کرد. سپس این مقادیر به تخمین‌های دما، چگالی و سرعت اولیه‌ی مواد چرخانی که کهکشان‌ها و ساختارهای کیهانی بزرگ‌تر درنهایت از آن‌ها شکل گرفتند، تبدیل شدند. این تخمین‌ها به نوبه خود به محققان ACT امکان داد تا به‌طرز موثر مجموع همه‌چیز را بسنجند و چگونگی کنار هم جمع‌شدن ماده را درک کنند.

از مجموع شگفت‌انگیز ۱۹۰۰ زتا-خورشید که محققان به آن رسیدند، تنها صد زتا-خورشید از ماده معمولی می‌آید: هیدروژن سه‌چهارم این مقدار را تشکیل می‌دهد و هلیوم باقی آن را. هر دوی این عناصر درنتیجه‌ی بیگ بنگ به وجود آمدند و تمام عناصر دیگر مثل کربن در سلول‌های شما، کلسیم در استخوان‌هایتان، اکسیژنی که نفس می‌کشید و حتی طلای جواهرات شما، بعدها پس از شعله‌ورشدن اولین ستارگان به وجود آمدند.

از ۱۸۰۰ زتا-خورشید باقی‌مانده، ۵۰۰ زتاخورشید ماده تاریک را تشکیل می‌دهد؛ ماده‌ای نامرئی که مانند چسبی کیهانی کهکشان‌ها را کنار یکدیگر حفظ می‌کند. اما بخش عمده درحدود ۱۳۰۰ زتا-خورشید از چگالی انرژی تاریک ناشی می‌شود؛ نیروی اسرارآمیزی است که به‌عنوان عامل افزایش شتاب در انبساط کیهان درنظر گرفته می‌شود. بنابراین بیش‌ترین بخش از ماده‌ی جهان در واقع به شکل چیزهایی است که هنوز درک بسیار محدودی از آن‌ها داریم.

با وجود آنکه به نظر می‌رسد دانش کمی درباره‌ی حجم عمده‌ی ماده جهان داریم، مهم‌ترین عددی که می‌توان به عکس جامع از نوزادی کیهان نسبت داد، احتمالا دو تریلیون تریلیون خورشید نیست؛ بلکه در واقع این عدد شش است: مجموع پارامترهای اصلی که در مدل استاندارد کیهان‌شناسی موسوم به Lambda CDM قرار می‌گیرند. (لامبدا مخفف انرژی تاریک است و CDM به نوعی از ماده تاریک کند و سرد اشاره دارد که از مشاهدات استنتاج شده است). فقط شش عدد اگر به درستی مرتب شوند، ظاهرا می‌توانند به‌طور کامل الگوهای عجیب نقش‌بسته روی تابش زمینه کیهانی و چگونگی منتهی‌شدن آن‌ها به کیهان امروزی را توضیح دهند.

نتایج پلانک قبلاً به نتیجه مشابهی اشاره کرده بودند؛ اما به‌لطف دقت پنج برابر بالاتر و حساسیت سه برابر بیشتر تلکسوپ کیهان‌شناسی آتاکاما به قطبش، پژوهشگرها امیدوار بودند که نشانه‌هایی از فیزیک جدید فراتر از Lambda CDM را که شاید تلسکوپ‌های قبلی قادر به درکشان نبودند، شناسایی کند.

نتایج تلکسوپ کیهان‌شناسی آتاکاما به جای کشف ویژگی‌های خاصی که مسیر را به سوی حل معماهای ماده تاریک، انرژی تاریک و دیگر رمز و رازهای کیهانی نشانه روند، مدل استاندارد کیهان‌شناسی را تقویت می‌کنند. برای پیشرفت‌های قابل انتشار باید منتظر نسل جدیدی از بررسی‌های CMB مثل نتایج رصدخانه‌ی سیمونز باشیم که روی همان کوهستان محل قرارگیری ACT در حال ساخت است. دانکلی می‌گوید:

مدل لامبدا سی‌دی‌ام به طور کامل با تمام داده‌های ما مطابقت دارد که واقعا شگفت‌انگیز است؛ چرا که می‌توانیم به قدیمی‌ترین زمان مشاهده‌پذیر نگاه کنیم و ببینیم که این مدل ساده هنوز کار می‌کند. اما درک ما هنوز ناقص است؛ مثلا کماکان نمی‌دانیم ماده تاریک و انرژی تاریک چیست. بااین‌حال نتیجه اخیر مهم است؛ زیرا به ما نشان می‌دهد که بسیاری از پدیده‌های دیگری که می‌توانند کیهان را پیچیده‌تر کنند، در حال وقوع نیستند.