یکی از بزرگترین چالش‌های فیزیک و کیهان شناسی معاصر درک صحیح از نحوه تکامل جهان از زمان انفجار بزرگ یا “بیگ بنگ” (Big Bang) تا به امروز است. در این مسیر، مفاهیمی همچون انرژی تاریک و ماده تاریک همواره به عنوان پدیده‌هایی ناشناخته، فیزیکدانان را به تفکر واداشته‌اند. اخیراً، گروهی از فیزیکدانان مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) در مقاله‌ای به مسئله‌ای اساسی در کیهان شناسی به نام “تنش هابل” پرداخته‌اند. این تیم پیشنهاد کرده است که انرژی تاریک اولیه، که در لحظات ابتدایی جهان وجود داشته و سپس ناپدید شده است، می‌تواند کلید حل معمای “تنش هابل” و همچنین تعداد زیادی از کهکشان‌های پرنور و بزرگ در دوران اولیه جهان باشد. با دیجی رو همراه باشید.
انرژی تاریک اولیه: راه حلی برای تنش هابل
“تنش هابل” یکی از اصلی‌ترین چالش‌های کیهان شناسی است. این تنش به اختلاف میان اندازه‌گیری‌های مختلف از سرعت انبساط جهان اشاره دارد. از یک طرف، دانشمندان با استفاده از مشاهدات تابش پس‌زمینه کیهانی، سرعت انبساط جهان در گذشته دور را محاسبه کرده‌اند. اما از طرف دیگر، اندازه‌گیری‌های مستقیم از انبساط فعلی جهان به سرعت بالاتری اشاره دارند. این اختلاف در اندازه‌گیری‌ها به یکی از چالش‌های بزرگ فیزیک کیهان شناسی تبدیل شده است.
فیزیکدانان MIT پیشنهاد می‌کنند که انرژی تاریک اولیه می‌تواند این اختلاف را توضیح دهد. طبق فرضیه آن‌ها، انرژی تاریک اولیه نیرویی ضد گرانشی است که در لحظات اولیه جهان فعال شده و سپس ناپدید شده است. این انرژی توانسته انبساط جهان در مراحل ابتدایی را تسریع کند و با این توضیح، ممکن است بتواند اختلاف در اندازه‌گیری‌های سرعت انبساط جهان را توضیح دهد. در این مدل، انرژی تاریک اولیه تنها در لحظات کوتاهی از زمان پس از انفجار بزرگ حضور داشته است و پس از آن دیگر اثر آن دیده نمی‌شود.
کهکشان‌های پرنور در جهان اولیه: نشانه‌ای از انرژی تاریک اولیه
در کنار مسئله تنش هابل، یافته‌های اخیر تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) نیز دانشمندان را شگفت‌زده کرده است. این تلسکوپ توانسته کهکشان‌های بسیار پرنور و بزرگ را در زمانی مشاهده کند که جهان تنها 500 میلیون سال عمر داشت؛ یعنی زمانی که جهان تنها 3 درصد از عمر کنونی خود را سپری کرده بود. اما بر اساس مدل‌های رایج کیهان شناسی، کهکشان‌ها نباید به این سرعت شکل گرفته و این‌چنین درخشان باشند.
تیم MIT معتقد است که انرژی تاریک اولیه می‌تواند علت این پدیده باشد. این تیم مدل‌هایی را ارائه کرده که نشان می‌دهد اگر انرژی تاریک اولیه در لحظات ابتدایی جهان وجود داشته باشد، می‌تواند ساختارهای اولیه جهان، از جمله هاله‌های ماده تاریک را تغییر دهد. این هاله‌ها نقاطی هستند که در آن‌ها تراکم گرانشی بیشتر است و در نتیجه ماده معمولی به سوی این نقاط کشیده می‌شود و کهکشان‌ها در آن‌ها شکل می‌گیرند.
طبق این مدل، انرژی تاریک اولیه می‌تواند تعداد این هاله‌ها و در نتیجه تعداد کهکشان‌های بزرگ و درخشان در جهان اولیه را افزایش دهد. به این ترتیب، این نیروی ناشناخته می‌تواند توضیحی برای مشاهده تعداد زیادی از کهکشان‌های بزرگ در جهان اولیه باشد.
ساختار جهان اولیه: نقش هاله‌های ماده تاریک
یکی از مفاهیم کلیدی در کیهان شناسی، هاله‌های ماده تاریک است. این هاله‌ها ساختارهایی نامرئی هستند که در آن‌ها گرانش بیشتری وجود دارد و ماده عادی به سمت آن‌ها جذب می‌شود. به عبارت دیگر، هاله‌های ماده تاریک به عنوان “اسکلت نامرئی” جهان عمل می‌کنند. کهکشان‌ها در داخل این هاله‌ها تشکیل می‌شوند و به این ترتیب تعداد کهکشان‌ها ارتباط مستقیم با تعداد هاله‌های بزرگ ماده تاریک دارد.
فیزیکدانان MIT بر این باورند که انرژی تاریک اولیه می‌تواند به طور مستقیم بر روی این هاله‌ها اثر بگذارد. این تیم با استفاده از مدل‌های محاسباتی نشان داده است که حضور انرژی تاریک اولیه می‌تواند تراکم ماده در هاله‌ها را افزایش داده و منجر به تشکیل کهکشان‌های بزرگ‌تر و درخشان‌تر شود.
این مدل توضیح می‌دهد که چرا در مشاهدات اخیر تلسکوپ جیمز وب، تعداد زیادی از کهکشان‌های پرنور در جهان اولیه دیده شده‌اند. همچنین این مدل نشان می‌دهد که حضور این انرژی می‌تواند به طور مستقیم بر ساختار اولیه جهان و تراکم هاله‌های ماده تاریک تأثیر بگذارد.
نقش پارامترهای کیهانی در تکامل جهان
در کیهان شناسی، پارامترهای کیهانی اصطلاحاتی هستند که به توصیف تکامل جهان کمک می‌کنند. یکی از مهم‌ترین این پارامترها، ثابت هابل است که سرعت انبساط جهان را توصیف می‌کند. پارامترهای دیگر شامل نوسانات چگالی در سوپ اولیه جهان هستند که ماده‌های تاریک و معمولی از آن تشکیل شده‌اند.
نکته: “سوپ اولیه جهان” که گاهی از آن با عنوان “سوپ کوارک-گلوئون” نیز یاد می‌شود، اصطلاحی است که به حالت اولیه و بسیار داغ و چگال جهان پس از انفجار بزرگ (Big Bang) اشاره دارد. در این مرحله ابتدایی، مواد به شکل ذرات بنیادین مانند کوارک‌ها، لپتون‌ها، و گلوئون‌ها وجود داشتند که هنوز به ذرات پیچیده‌تر مانند پروتون‌ها و نوترون‌ها ترکیب نشده بودند.
تیم MIT نشان داده است که اگر انرژی تاریک اولیه بر سرعت انبساط جهان تأثیرگذار بوده، می‌توانسته توازن بین این پارامترها را نیز تغییر دهد. به این ترتیب، حضور انرژی تاریک اولیه می‌توانسته تعداد کهکشان‌های پرنور در جهان اولیه را افزایش دهد.
این تیم با استفاده از مدل‌های محاسباتی، تأثیر انرژی تاریک اولیه بر تشکیل کهکشان‌ها و هاله‌های ماده تاریک را مورد بررسی قرار داده و نشان داده‌اند که حضور این انرژی می‌تواند به افزایش تعداد کهکشان‌های بزرگ و درخشان در جهان اولیه منجر شود.
آینده تحقیقات: بررسی دقیق‌تر انرژی تاریک اولیه
اگر چه مدل انرژی تاریک اولیه توانسته توضیحی منطقی برای دو مسئله “تنش هابل” و تعداد زیاد کهکشان‌های پرنور در جهان اولیه ارائه دهد، اما این مدل نیاز به تحقیقات بیشتری دارد. به گفته مارک کامینکوسکی (Marc Kamionkowski)، استاد فیزیک نظری در دانشگاه جانز هاپکینز، باید مطالعات بیشتری انجام شود تا ارتباط قطعی بین کهکشان‌های اولیه و انرژی تاریک اولیه تأیید شود.
با این حال، این پژوهش یک گام مهم در فهم بهتر از چگونگی تکامل جهان و نقش نیروهای ناشناخته در آن است. اگر مشاهدات آینده با مدل‌های ارائه شده توسط تیم MIT همخوانی داشته باشد، ممکن است انرژی تاریک اولیه به عنوان یکی از نیروهای اصلی در شکل‌گیری جهان شناخته شود.
در آینده، محققان می‌توانند این مدل را در شبیه‌سازی‌های بزرگ‌تر کیهانی مورد استفاده قرار دهند تا ببینند که انرژی تاریک اولیه چگونه بر دیگر جنبه‌های تکامل جهان تأثیر گذاشته است.
کشف‌های جدید و چالش‌های پیش‌رو
پژوهش MIT نشان دهنده پتانسیل بالای انرژی تاریک اولیه به عنوان یک راه‌حل یکپارچه برای دو مسئله اساسی کیهان شناسی است. مشاهدات اخیر تلسکوپ جیمز وب و اندازه‌گیری‌های سرعت انبساط جهان هر دو نیازمند توضیحات جدیدی هستند که این مدل ارائه می‌دهد.
این مدل همچنین به ما این امکان را می‌دهد که به فهم بهتری از ساختارهای اولیه جهان دست یابیم و تأثیرات آن‌ها را در مراحل بعدی تکامل جهان بررسی کنیم.
