انرژی تاریک در جهان هستی ممکن است دارای حالت دینامیکی و متغیر با زمان باشد

فیزیکدانان برای بیش از ۲۰ سال مشغول تفکر در مورد این پرسش بوده‌اند که چرا همواره چنین به نظر می‌رسد که فضا دائما در حال انبساط و گسترش یافتن است.

پژوهش جدید، بینش عمیق‌تری را به دانسته‌های ما در مورد نیروی مخرب مرموزی که به‌عنوان انرژی تاریک شناخته می‌شود، می‌افزاید و شواهدی را ارائه می‌دهد مبنی بر اینکه تاثیر شبح‌وار نیروی مرموز یادشده هر چه که باشد، در طی زمان دارای مقدار ثابتی نبوده است.

در سال ۲۰۱۶، یک تیم بین‌المللی از محققان، نوسانات چگالی ماده‌ی قابل مشاهده در سراسر جهان هستی را در طی مدتی طولانی از تاریخ کیهان، به‌دقت اندازه‌گیری کردند.

این تغییرات که به‌نام نوسانات آکوستیک بارونی (BAO) از آنها یاد می‌شود، نوعی معیار را برای کیهان‌شناسان در مسیر مطالعه‌ی فاصله‌های نسبی در طول زمان ارائه می‌دهد.

درست همانطور که ستاره‌شناسان از نور ستاره‌های منفجرشده در نقاط دوردست برای نتیجه‌گیری گسترش کیهان استفاده کرده‌اند، کیهان‌شناسان (ستاره‌شناسان متخصص در مقیاس‌های بزرگ کیهانی) نیز از BAO استفاده می‌کنند.

هر دو روش و ترفند یادشده ما را به این نتیجه می‌رساند که جهان ما در حدود ۱۳.۸۲ میلیارد سال پیش پا به عرصه‌ی وجود گذاشته و همین حالت وجودی آن منجر به پراکنده‌ شدن توده‌های ماده به بخش‌های بیرونی‌تر شده است. موضوع عجیب‌تر هم این است که چنین روند گسترش و پراکندگی در جهان در بعضی زمان‌ها سرعت بیشتری نیز می‌گرفته است.

واحد مورد استفاده برای توصیف این گسترش با نام ثابت هابل یا Constant Hubble شناخته می‌شود و باور دانشمندان بر این است که انبساط کیهان نتیجه‌ی وجود تنش بین ذرات ماده برای جمع شدن و یکپارچه شدن در کنار هم با تورم فضای میان آنها است.

پرسش این است که چرا فضا گسترش می‌یابد؟ واقعیت این است که هیچکس جوابی قطعی برای این پرسش ندارد و این یک مشکل بزرگ است.

اخترفیزیک‌دانان برای رسیدن به توضیحی مستدل، فضای خالی را مورد توجه قرار می‌دهند تا ببینند که آیا این بخش‌ها دارای ویژگی‌های خاصی هستند یا خیر؛ آنها فکر می‌کنند که شاید فضای خالی، چیزی بیشتر از یک حالت تهی برای میدان‌ها و ذرات باشد.

توضیح مورد علاقه‌ای که در حال حاضر وجود دارد، مدل ماده‌ی تاریک لامبدا (ΛCDM) نامیده می‌شود. این مدل ترکیبی از مدل فضای خالی فریده-لامیتر-روبرتسون-واکر (FLRW) با توزیع ماده‌ی قابل مشاهده و نامرئی درون آن است.

در این مدل، انرژی تاریک به‌منزله‌ی فشار مستمر از خلا بین توده‌های جرم بوده و احتمالا بر اثر پرت شدن ذرات در داخل و خارج از وجود مجازی پدید آمده است.

اما مدل ΛCDM بر تعدادی از مفروضات مشخص بنا شده است و همین امر سوالاتی را پیش روی ما می‌گذارد. آیا انرژی تاریک می‌بایست از آن ویژگی‌های اساسی فضا باشد، که در طول زمان ثابت می‌ماند؟ یا اینکه شاید تحت تاثیر محیط واقع می‌شود و با تغییرات جهان، دستخوش تغییر می‌شود؟

پژوهشگر باب نیکول از موسسه‌ی کیهان‌شناسی و گرانش (ICG) در دانشگاه پورتسموث می‌گوید:

انرژی تاریک از زمان کشف آن در اواخر قرن گذشته، همواره یک معمای اسرارآمیز بوده است.

همه‌ی ما از پیدا کردن نگرش و بینش دقیق‌تر و بیشتر نسب به ویژگی‌ها و سرمنشا آن ناامید شده‌ایم.

محققان با اندازه‌گیری دقیق‌تر این ناحیه‌های ماده‌ای که مانند ضربان قلب کیهانی عمل می‌کنند، داده‌های BAO خود را روی یک مدل انرژی تاریک که توسط گونگ بو ژائو، از دانشگاه پورتسموث و مشاهیر ملی نجوم چین (NAOC) ساخته‌ شده است، مورد استفاده قرار می‌دهند. نتایج این بررسی به توصیفی پویاتر از این نیروی مرموز اشاره دارد.

این نتیجه تاحدودی برپایه‌ی اختلاف بین داده‌های تولیدشده توسط بررسی با خود BAO و تفسیرهای مبتنی بر پس‌زمینه مایکروویو کیهانی (CMB) است. گفتنی است که امواج پس‌زمینه در واقع بازتابی از نور جهان در لحظات پس از بیگ بنگ هستند.

نمودار تصویر زیر برپایه‌ی بررسی (BAO (SDSS-IV به دست آمده و نشان‌دهنده‌ی چگونگی ارتباط آن با امواج مایکروویو پس‌زمینه است.

یکی از راه‌هایی که پژوهشگران باور دارند می‌توانند از طریق آن این میزان اختلاف را حل‌و‌فصل کنند، مبتنی بر این است که ما باید انرژی تاریک را به‌عنوان پدیده‌ای در نظر بگیریم که پویا است و نسبت به زمان تغییر می کند.

اگر چنین نگرشی درست باشد، بدان معنا خواهد بود که انرژی تاریک نیرویی نیست که صرفا به‌وسیله‌ی خلا ایجاد شده باشد. البته اهمیت و تاثیرگذاری نتایج این گروه پژهوشی هنوز برای رد شواهد دال بر ثابت (استاتیکی) بودن انرژی تاریک در جهان هستی، به اندازه‌ی کافی نیست.

اما همه‌ی این برداشت‌ها می‌توانند با داده‌های جمع‌آوری شده از پروژه‌ای موسوم به Instrument Spectroscopic Dark Energy دستخوش تغییر شوند. پروژه‌ی فوق در سال آینده آغاز خواهد شد. ژائو می‌گوید:

 ما از دیدن اینکه که مشاهدات کنونی قادر به بررسی پویایی انرژی تاریک در این سطح هستند، هیجان‌زده شده‌ایم و امیدواریم که مشاهدات آینده بتواند مهر تاییدی بر آنچه که امروز می‌بینیم، باشد.

نتیجه‌ی نهایی هرچه که باشد، ارزشش را خواهد داشت؛ حتی شاید سرنوشت جهانی که تا به‌ امروز برای خودمان متصور بوده‌ایم هم در معرض خطر باشد.

دستاوردهای این تحقیق در Nature Astronomy منتشر شده است.