تحقیقات جدید پژوهشگران ایرانی با انتشار در نشریه‌ی نجوم سلطنتی، نشان می‌دهد فضاهای عظیم تقریبا پوچ کامل که بیشتر کیهان را تشکیل می‌دهند، ممکن است باعث شکل‌گیری انرژی تاریک و افزایش سرعت انبساط کیهان شوند.
محققان ایرانی به سرپرستی دکتر ابراهیم یوسفی از پژوهشگاه دانش‌های بنیادی، در بررسی یکی از ساختارهای کم‌تر مطالعه شده‌ی کیهانی به این سرنخ‌های تازه از روند ایجاد انرژی تاریک دست یافتند.
به‌نظر می‌رسد که نیروی اسرارآمیز انرژی تاریک، باعث گسترش جهان و از هم دور شدن اجزای آن می‌شود. حالا طبق این یافته‌ی جدید، انرژی تاریک نه نتیجه‌ی برهم‌کنش مستقیم ساختارهای ماده، بلکه می‌تواند محصول بخش‌های عظیم پوچ در کیهان باشد. موضوعی که با برآوردهای کنونی از انرژی تاریک هم مطابقت دارد.
از منظومه‌ی شمسی و کهکشان راه شیری که فراتر برویم یک الگوی جالب نمایان می‌شود: «شبکه» یا «تار کیهانی» (Cosmic Web) که بزرگ‌ترین الگوی موجود در طبیعت است.
در چنین مقیاس‌هایی، جایی که کل کهکشان‌ها فقط به‌صورت نقطه‌های کوچکی از نور به‌نظر می‌رسند، ستاره‌شناسان نوارهای بلند و باریکی از کهکشان‌ها به نام «رشته‌ها» (Filaments) و توده‌های چگال به نام «خوشه‌ها» (Clusters) را مشاهده می‌کنند و بین آنها، گستره‌ی وسیعی تقریبا خالی کامل است.
این مناطق بایر که «ناحیه‌ی پوچ» (Void) نام دارند، حفره‌های بزرگ کیهانی هستند که حتی کوچک‌ترین آنها ۲۰ میلیون سال نوری وسعت دارد و بزرگ‌ترین آنها می‌تواند بیش از ۱۶۰ میلیون سال نوری وسعت داشته باشد.
طرحی گرافیکی از تار کیهانی
Credit: Volker Springel (Max Planck Institute for Astrophysics) et al
مانند شکاف‌های یک تار عنکبوت، این حفره‌ها با وجود اینکه تقریبا دارای هیچ ماده‌ای نیستند، بیشتر حجم کیهان را تشکیل می‌دهند. در واقع، جدای از خود تار کیهانی که از یک سر جهان قابل مشاهده به سمت دیگری کشیده شده است، حفره‌های کیهانی بزرگ‌ترین بخش منفرد در کیهان هستند.
ستاره‌شناسان حفره‌های کیهانی را برای نخستین بار در اواخر دهه‌ی ۱۹۷۰ شناسایی کردند، اما این بخش‌های کیهان از آن زمان تا حد زیادی نادیده گرفته شده‌اند. اخترشناسان و کیهان‌شناسان در عوض بر ساختارهای پرنور جهان مانند کهکشان‌ها و خوشه‌ها متمرکز شده‌اند و بر همین اساس، در دهه‌ی ۱۹۹۰ میلادی یک شگفتی را کشف کردند: انرژی تاریک.
«انرژی تاریک» (Dark Energy) نامی است که به انبساط شتاب‌یافته‌ی مشاهده شده‌ی کیهان داده شده است. این بدان معناست که نه تنها کیهان هر روز در حال گسترش است، بلکه هر لحظه که می‌گذرد، روند این گسترش سریع‌تر می‌شود.
دانشمندان هیچ سرنخی درباره‌ی اینکه چه چیزی باعث این دوره‌ی انبساط شتاب‌دار کیهان شده است، ندارند. دوره‌ای که به‌نظر می‌رسد حدود ۵ میلیارد سال پیش آغاز شده است و همچنان ادامه دارد. بنابراین اصطلاح انرژی تاریک، را که نام جالبی برای یک معمای عظیم کیهانی است، به‌کار می‌برند.
اما فضاهای خالی کیهانی چه ارتباطی به انرژی تاریک دارند؟
یک ایده این است که اثرات انبساط شتابان کیهان در داخل منظومه‌های ستاره‌ای یا کهکشان‌ها احساس نمی‌شود. زیرا در این ابعاد، گرانش ماده به اندازه‌ی کافی قوی است که کاملا بر انبساط کیهان غلبه کند. برای مثال، نه منظومه‌ی شمسی خودمان و نه کهکشان راه شیری به دلیل انرژی تاریک بزرگ‌تر نمی‌شوند.
اما چون نواحی پوچ کیهانی، تقریبا کاملا خالی از ماده هستند، تأثیرات انرژی تاریک را بسیار راحت‌تر احساس می‌کنند. بنابراین منطقی است که ماهیت این گسترش شتاب‌دار کیهان را در جایی که تأثیر آن قوی‌تر است، بررسی کنیم.
و اکنون یک مقاله‌ی تحقیقاتی جدید از سوی تیمی از فیزیکدانان نظری ایرانی به سرپرستی دکتر «ابراهیم یوسفی» (Ebrahim Yusofi Ramneti) از پژوهشگاه دانش‌های بنیادی و دانشگاه آزاد آمل، این مسیر فکری را یک گام جلوتر می‌برد.
این محققان طی مقاله‌ای که در ماه جولای برای چاپ در نشریه‌ی انجمن نجوم سلطنتی (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters) پذیرفته شد، عنوان کرده‌اند که انرژی تاریک نه تنها در حفره‌ها یافت می‌شود، بلکه توسط آنها ایجاد می‌شود.
چگونه این نواحی غول‌آسا می‌توانند باعث انبساط شتابان کیهان شوند؟ به گفته‌ی نویسندگان، پاسخ این نیست که فقط به وجود داشتن حفره‌های کیهانی نگاه کنیم، بلکه باید پویایی آنها را هم درنظر بگیریم.
حفره‌های کیهانی به‌سادگی وجود ندارند. مانند تمام ساختارهای بزرگ دیگر در جهان، آنها از آغازی کوچک به شکل عظیم کنونی خود رشد کرده‌اند. میلیاردها سال پیش، تمام مواد موجود در کیهان تقریبا به‌طور مساوی پخش شده بودند و هیچ تفاوت چگالی زیادی در نقاط مختلف کیهان وجود نداشت.
اما با گذشت زمان، هر مکانی که کمی بیشتر از حد متوسط ماده را داشت، شروع به جذب ماده‌ی بیشتری به سمت خود کرد. با تجمع ماده‌ی بیشتر، رشد این منطقه هم بیشتر شد و طی میلیاردها سال، ماده‌ی کافی برای تشکیل کهکشان‌ها، گروه‌ها و خوشه‌ها انباشته شد.
با رشد این ساختارها، فضاهای خالی هم بزرگ و بزرگ‌تر شدند. اما به جای اینکه آن را به عنوان یک فرآیند غیرفعال ببینیم، می‌توانیم رشد حفره‌ها را به‌عنوان عاملی برای فشار آوردن بر ساختارهای اطراف آنها در نظر بگیریم.
برای نمونه با رشد حفره‌ها، دیواره‌های کهکشان‌های بین آنها به‌طور پیوسته نازک و در نهایت ناپدید می‌شوند و به فضاهای خالی اجازه‌ی ادغام می‌دهند. در چند میلیارد سال آینده، گسترش حفره‌ها به از بین رفتن تار کیهانی ختم می‌شود و همه‌ی مواد را به توده‌های جداگانه‌ای تبدیل می‌کند که با صدها میلیون سال نوری خلأ از هم جدا شده‌اند.
طرحی گرافیکی از چگونگی فشار آوردن نواحی پوچ بر تار کیهانی و ایجاد انرژی تاریک
Credit: E. Yusofi et al
این فشار، درست مانند هر منبع دیگر ماده یا انرژی در جهان، فضا-زمان را در اطراف حفره‌ها دچار اعوجاج می‌کند. اعوجاج فضا-زمان به این معنی است که گسترش حفره‌ها، به کهکشان‌ها در مرزهایشان فشار می‌آورد و باعث می‌شود که با وجود جذب شدن بر اثر نیروی گرانشی، کهکشان‌ها از هم جدا شوند.
پژوهشگران دریافتند که اثرات تجمعی فعالیت همه‌ی حفره‌های بزرگ در جهان برای نابودی تار کیهانی، منجر به انبساط سریع کیهان می‌شود. نکته‌ی جالب این‌جاست که قدرت این انبساط شتاب‌دار ناشی از فضاهای خالی با برآوردهای فعلی انرژی تاریک هم مطابقت دارد.
حالا ستاره‌شناسان برای آزمودن این ایده به مطالعات بیشتری نیاز دارند. از جمله باید اندازه‌گیری‌های بیشتری از حفره‌ها صورت بگیرد تا فشار ترکیبی آنها بهتر محاسبه شود. همچنین، به اطلاعات بیشتری درباره‌ی خود انرژی تاریک نیاز است، به‌ویژه اینکه آیا قدرت آن در چند میلیارد سال گذشته تغییر کرده است یا خیر؟
با این حال، این یک ایده جالب است که شاید انرژی تاریک توسط نیروها یا فرآیندهای عجیب در کیهان تولید نشده نباشد، بلکه صرفا محصول فرعی روند طبیعی تکامل نیستی است.
عکس کاور: طرحی گرافیکی از اثر انرژی تاریک بر ساختارهای کیهانی
Credit: IKBFU
منبع: Live Science