تلسکوپ فضایی جیمز وب نشان داده که جهان با سرعتی فراتر از پیش‌بینی مدل‌های استاندارد کیهان‌شناسی در حال انبساط است. این پدیده که به نام «تنش هابل» شناخته می‌شود، ممکن است نشان دهد درک ما از کیهان نیازمند بازنگری اساسی است.
تایید جدیدی بر انبساط شتابدار کیهان
دهه‌هاست دانشمندان می‌دانند کیهان در حال انبساط است. کهکشان‌ها با کشیده‌شدن فضا، از هم دورتر می‌شوند. این درک، حاصل کار ارزشمند ادوین هابل در اوایل قرن بیستم است. او نشان داد که نرخ این انبساط قابل اندازه‌گیری است. این نرخ، امروزه به عنوان ثابت هابل شناخته می‌شود. اما در سال ۱۹۹۸، محققان کشف شگفت‌انگیزتری کردند: کیهان نه تنها در حال انبساط است، بلکه سرعت این انبساط نیز رو به افزایش است. این کشف، درک ما از کیهان را دگرگون کرد و پرسش‌های ژرفی را درباره‌ی نیروهایی که این شتاب را ایجاد می‌کنند، مطرح نمود.
معمای حل نشده‌ی تنش هابل
در سال‌های اخیر، ستاره‌شناسان با تلسکوپ فضایی هابل مشاهده کردند که نرخ فعلی انبساط، سریع‌تر از پیش‌بینی مدل‌های استاندارد کیهان‌شناسی است. این اختلاف که «تنش هابل» نامیده می‌شود، دانشمندان را سردرگم کرده است. پرسش اساسی این است: آیا خود مدل‌ها ناقص‌اند؟ یا عامل ناشناخته‌ای در کیهان بر این اندازه‌گیری‌ها تأثیر می‌گذارد؟
حالا داده‌های تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) ابعاد تازه‌ای به این معما افزوده است. محققانی به سرپرستی آدام ریس، برنده‌ی جایزه‌ی نوبل، با استفاده از JWST، اندازه‌گیری‌های هابل را تایید و احتمال خطاهای ساده‌ی رصدی را رد کردند. این یافته‌ها که در The Astrophysics Journal منتشر شده‌اند، نشان می‌دهند که تنش هابل نه به دلیل خطای انسانی یا ابزاری، بلکه نشانه‌ی کمبودی اساسی در درک ما از کیهان است.
متغیرهای قیفاووسی: معیار طلایی اندازه‌گیری فاصله
ریس و تیمش برای رسیدن به این نتایج، از متغیرهای قیفاووسی استفاده کردند. این ستاره‌ها که ضربان‌هایشان به عنوان «معیارهای کیهانی» عمل می‌کند، برای اندازه‌گیری فواصل در فضا به کار می‌روند. این اندازه‌گیری‌ها به آنها اجازه داد نرخ انبساط کیهان را با دقت بی‌سابقه‌ای محاسبه کنند. نتیجه چه بود؟ نرخی حدود ۷۳ کیلومتر در ثانیه در هر مگاپارسک (km/s/Mpc).
این مقدار با پیش‌بینی مدل‌های کیهان‌شناسی پذیرفته‌شده که ثابت هابل را بر اساس نور کیهان اولیه حدود ۶۷-۶۸ کیلومتر بر ثانیه در مگاپارسک تخمین می‌زنند، تفاوت زیادی دارد. این اختلاف، ماهیت گیج‌کننده و پایدار تنش هابل را نشان می‌دهد.
ماده تاریک، انرژی تاریک و ناشناخته‌ها
یک توضیح احتمالی برای این راز، در اجزای مرموزی نهفته است که بر کیهان حاکم‌اند: ماده تاریک و انرژی تاریک. این دو عنصر، ۹۶ درصد از کیهان را تشکیل می‌دهند، اما ماهیت آنها تا حد زیادی ناشناخته است. ماده تاریک که گمان می‌رود ۲۷ درصد از کیهان را تشکیل دهد، بر ماده‌ی مرئی اثر گرانشی دارد، اما هرگز مستقیماً مشاهده نشده است. انرژی تاریک که ۶۸ درصد شگفت‌انگیز کیهان را تشکیل می‌دهد، عامل انبساط شتابدار کیهان در نظر گرفته می‌شود.
ریس معتقد است این یافته‌های جدید می‌تواند به معنای وجود یک ویژگی ناشناخته در انرژی تاریک یا ماده تاریک باشد. از سوی دیگر، ممکن است به یک پدیده‌ی کاملاً جدید اشاره داشته باشد؛ پدیده‌ای که درک فعلی ما از فیزیک را به چالش می‌کشد.
نظریه‌ها و گام‌های بعدی
پیامدهای این تحقیق بسیار عمیق است. اگر تنش هابل با مدل‌های کیهان‌شناسی موجود قابل حل نباشد، ممکن است نیاز به تغییر اساسی در نگاه ما به کیهان باشد. برخی دانشمندان گمان می‌کنند «انرژی تاریک اولیه»، نیرویی فرضی که ممکن است کمی پس از انفجار بزرگ بر کیهان تأثیر گذاشته باشد، می‌تواند این اختلاف را توضیح دهد. برخی دیگر، ایده‌های پیچیده‌تری مانند خواص غیرمعمول ماده تاریک، تغییرات در ثابت‌های بنیادی فیزیک مانند جرم الکترون یا حتی میدان‌های مغناطیسی اولیه را مطرح می‌کنند.
همانطور که مارک کامیونکوفسکی، کیهان‌شناس دانشگاه جانز هاپکینز، می‌گوید: «نظریه‌پردازان می‌توانند تا حدی خلاق باشند». حالا که تلسکوپ‌های هابل و جیمز وب یافته‌های یکدیگر را تایید کرده‌اند، محققان برای حل این معمای کیهانی به داده‌های جدید و نظریه‌های نوآورانه روی آورده‌اند.
فرصتی بی‌نظیر برای کشف
در حالی که تنش هابل چالش بزرگی برای مدل‌های فعلی ما ایجاد می‌کند، فرصتی بی‌نظیر برای کشف نیز فراهم می‌کند. همانطور که ریس می‌گوید: «هر چه بیشتر تحقیق می‌کنیم، بیشتر مشخص می‌شود که علت این اختلاف، چیزی جذاب‌تر از نقص تلسکوپ است». چه از طریق کشف ذرات، نیروها یا پدیده‌های کیهانی جدید، حل این راز می‌تواند بینش‌های تحول‌آفرینی را در مورد ماهیت کیهان آشکار کند.
با ابزارهای پیشرفتهای مانند JWST و تلاش‌های مشترک در جامعه‌ی علمی، ستاره‌شناسان آماده‌اند تا عمیق‌تر به این معما بپردازند. پاسخ‌ها ممکن است درک ما از فضا، زمان و خود حقیقت را دگرگون کنند.
اگر به خواندن کامل این مطلب علاقه‌مندید، روی لینک مقابل کلیک کنید: smithsonian magazine
