داستان اختلاف معروف سرعت انبساط جهان – یا همون “Hubble Tension” – رو میدونی؟ سالهاست دانشمندها سر این قضیه حسابی گیج شدن چون دوتا از مطمئنترین روشهایی که سرعت انبساط جهان رو اندازه میگیرن، نتایج مختلفی دارن. یکیش میگه جهان داره با سرعت حدود ۷۳ کیلومتر بر ثانیه به ازای هر مگا پارسک (این واحد یعنی هر ۳,۲۶۲,۰۰۰ سال نوری) منبسط میشه، اما یه روش دیگه که به تابش پسزمینه کیهانی یا همون پرتوهای باقیمونده از بیگبنگ نگاه میکنه، سرعت رو حدود ۶۷ کیلومتر بر ثانیه بر مگا پارسک درمیاره.
این اختلاف، که بهش Hubble tension میگن، واقعا یه دنگ بزرگ تو فیزیک امروز شده. اگه مشکل فقط از اشتباهات اندازهگیری نباشه و واقعا اختلاف سرعت وجود داشته باشه، یعنی یه جای کار ما رو کیهان درست نمیدونیم!
خب، حالا دانشمندها برای اولین بار اومدن از یه روش خیلی خفن و متفاوت استفاده کردن تا این قضیه رو بررسی کنن: اونم با اندازهگیری تأخیرهای زمانی ریز تو مسیر نورهایی که از کوآزارها عبور میکنن و با گرانش “لنز” شدن.
یه توضیح کوچیک: “کوآزار” یه جور سیاهچاله فعال و پرانرژیه که وسط کهکشانهاست و وحشیانه نور و انرژی تولید میکنه. “گرانش لنزینگ” هم یعنی وقتی یه جرم بزرگ (مثلاً یه کهکشان سنگین) اینقدر گرانش داره که نور یه جسم دورتر رو خم میکنه و چندتا تصویر متفاوت ازش نشون میده، درست مثل زمانی که یه لیوان شیشهای جلوی نور بذاری.
حالا چی کار کردن؟
یک تیم ستارهشناس از هشت تا سیستم متفاوت “لنزینگ زمانی” استفاده کردن. یعنی هر بار یه کهکشان جلوی یه کوآزار قرار گرفته بود و باعث میشد ما نور اون کوآزار رو چندجا با تأخیرهای خیلی کوچیک روی زمین ببینیم. با دقت زیاد این زمانهای رسیدن رو اندازه گرفتن تا بفهمن فاصله نور چقدر بوده و بهطور غیرمستقیم سرعت انبساط کیهان رو حساب کنن.
چیزی که این روش رو خاص میکنه اینه که اصلاً به “پله فاصله” (Distance ladder) وابسته نیست. پله فاصله یعنی یه روش سلسلهمراتبی واسه تخمین فاصله تو فضا: اول با ستارههایی که روشناییشون رو میدونیم، بعد از رو اونا ابرنواخترها رو کالیبره میکنیم و بعد فاصلههای خیلی دور «باهاشون» رو حساب میکنیم. هر مرحله هم یه کوچولو اشتباه میتونه نتیجهی نهایی رو کامل بهم بریزه. اما این تیم، مسیر رو کلاً میانبر زد و از همین روش تاخیری استفاده کرد!
یه نکتهی مهم تو این روش اینه که باید بدونیم جرم و چطور پخششدن ماده داخل اون کهکشان جلویی، چه تأثیری رو مسیر نور میذاره. دانشمندها برای این منظور از تصاویر فوقالعادهای که تلسکوپهایی مثل “جیمز وب” گرفتن و یه سری مدلهای توزیع جرم داخل کهکشانها استفاده کردن.
خلاصه با ترکیب دادههای زمانبندی تأخیر و مدل جرم، تونستن مقدار ثابت هابل (یعنی همون سرعت انبساط) رو با دقت ۴/۵ درصدی اندازه بگیرن. نتیجه؟ عددش حول و حوش همون ۷۳ کیلومتر بر ثانیه بر مگاپارسکه – دقیقاً مثل روشهایی که بر اساس ستارهها و ابرنواخترها بودن، نه کیهان اولیه! یعنی باز داره نشون میده این Hubble tension واقعاً یه چیز جدیه و فقط یه خطای اندازهگیری الکی نیست.
البته دانشمندها میگن هنوز نمیتونن با قطعیت بگن مدل فعلی کیهان شکست خورده، چون هنوز عدم قطعیتهایی تو مدل جرم کهکشانها و تعداد کم نمونهها وجود داره. فعلاً فقط هشت سیستم لنز رو بررسی کردن و اگه میخوان به اون درصد دقت موردنیاز (مثلاً ۱ یا ۲ درصد) برسن، باید نمونههایی با تعداد خیلی بیشتر جمع کنن و خطاها رو کم کنن.
اگه روزی ثابت بشه این اختلاف واقعاً از طبیعت جهان میاد، ممکنه مدل بیگبنگ ما یا فهممون از انرژی و ذرات ناشناخته، نیاز به تغییر و بازنویسی داشته باشه! حالا حالاها کار دارن، مثلاً باید با تلسکوپهای جدیدتر و تصاویر واضحتر دیتا جمع کنن تا خطای مدل جرم کهکشانها رو به حداقل برسونن.
در نهایت، هدف فعلی این تیم بیشتر بهبود روش کارشونه و قراره با افزایش تعداد این کوآزارهای لنزی شده و تصویرهای دقیقتر، شاید بتونن این معمای معروف “کشش هابل” رو برای همیشه حل کنن.
این تحقیق تو ژورنال Astronomy & Astrophysics چاپ شده بود و فعلاً یکی از هیجانانگیزترین موضوعهای کیهانشناسی محسوب میشه! اگه دوست داری کائنات رو جدیتر دنبال کنی، الان بهترین موقعشه چون شاید داریم وارد عصر جدیدی از علم میشیم!
منبع: +
