آشنایی با یکی از بزرگترین ساختارهایی که در کیهان می‌شناسیم

فکر کردن به کهکشان راه شیری با قطر ۱۰۰ هزار تا ۱۸۰ هزار سال نوری (۳۱ -۵۵ کیلوپارسک) و با داشتن ۱۰۰ تا ۴۰۰ میلیارد ستاره، بسیار شگفت‌انگیز است. و هنوز وقتی بحث ساختار بزرگ کیهان مطرح می‌شود، کهکشان ما مثل یک قطره کوچک داخل یک سطل بزرگ است. اگر بخواهیم فراتر برویم، به گفته‌‌ی ستاره‌شناسان،  کهکشان‌ها خوشه‌ها را شکل می‌دهند و همین خوشه‌ها خود ابَرخوشه‌ها را تشکیل می‌دهند که بزرگترین ساختارهای شناخته‌شده در کیهان هستند.

ابَرخوشه‌ای که کهکشان ما در آن قرار گرفته است، لانیاکا نامیده می‌شود که ۵۰۰ میلیون سال نوری وسعت دارد. اما به لطف یک مطالعه‌ی جدید توسط تیمی از ستاره‌شناسان هندی، یک ابَرخوشه‌ی جدید شناسایی شده است که باعث شرمساری ابَرخوشه‌های دیگر می‌شود! قطر این ابَرخوشه معروف به ساراسواتی بیش از ۶۵۰ میلیون سال نوری (۲۰۰ مگاپارسک) است و به بزرگترین ساختار شناخته‌شده در کیهان تبدیل شده است.

این مطالعه که اخیرا در مجله‌ی اختر فیزیک با عنوان «ساراسواتی: ابرخوشه‌ی ۲۰۰ مگاپارسکی عظیم» منتشر شده است توسط ستاره‌شناسانی از مرکز دانشگاهی اخترفیزیک و ستاره‌شناسی (IUCAA) و مؤسسه‌ی هندسی تحقیقات و آموزش علوم (IISER) با همکاری تعدادی از دانشگاه های هندی جریان یافته است.

توزیع کهکشان‌ها از مطالعه‌ی آسمان اسلون دیجیتال (SDSS)، در ابر خوشه‌ی ساراسواتی. منبع عکس :IUCAA

تیم برای این مطالعه و بررسی ساختار بزرگ کیهانی، به داده‌های به دست آمده از مطالعات آسمان ( Sloan Digital (SDSS وابسته بود. در گذشته، ستاره‌شناس‌ها به این نتیجه رسیدند که کیهان به صورت سلسله‌مراتبی جمع‌آوری شده‌ و کهکشان‌ها در خوشه‌ها، ابَرخوشه‌ها، صفحات، دیواره‌ها و رشته‌ها مرتب‌ شده‌اند. این بخش‌ها با فضاهای خالی کیهانی از یکدیگر جدا می‌شوند و با یکدیگر ساختار عظیم «شبکه‌ی کیهانی» را شکل می‌دهند.

ابَرخوشه‌ها

ابَرخوشه‌ها، که بزرگ‌ترین ساختارهای منسجم شبکه‌ی کیهانی هستند، در اصل زنجیره‌هایی از کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی هستند؛ زنجیره‌هایی که تا صدها میلیون سال نوری توسعه می‌یابند و شامل تریلیون‌ها ستاره هستند. در انتها، تیم پژوهشی به این نتیجه رسید که ابَرخوشه‌ی یادشده در فاصله‌ی ۴ میلیارد سال نوری (۱۲۲۶ مگاپارسک) از زمین قرار گرفته است؛ در صورت فلکی حوت که عرض آن ۶۰۰ میلیون سال نوری است و جرم آن هم‌ارز با ۲۰ میلیون میلیارد خورشید است.

آن‌ها اسم این ابَرخوشه را «ساراسواتی» گذاشتند که اسم یک رودخانه‌ی باستانی است و نقش مهمی در ظهور تمدن هند داشته است. ساراسواتی همچنین نام خدایی است که در هند امروزی به عنوان حافظ رودخانه‌های آسمانی و خدای دانش، موسیقی، هنر، خرد و طبیعت ستایش می‌شود. این یافته کاملاً شگفت‌انگیز بود و نشان می‌داد که ساراسواتی قدیمی‌تر از حد انتظار است.

بر اساس داده‌های SDSS، یک ابر خوشه وجود دارد که عمر آن به زمانی برمی‌گردد که طول عمر کیهان ۱۰ میلیارد سال بوده است. بنابراین ساراسواتی تنها یکی از بزرگترین ابَرخوشه‌های کشف شده تا امروز است، اما وجود آن باعث مطرح شدن سؤال‌هایی جدی در مورد مدل‌های کیهانی فعلی شده است. در اصل مدل غالب تکامل کیهانی نشان نمی دهد که وجود این ابرخوشه به ۱۰ میلیارد سالگی کیهان برمی‌گردد.

نمودار لامبادا – مدل CDM نشان‌دهنده‌ی ارزیابی کیهانی بیگ بنگ و انبساط کیهان است. منبع عکس :Alex Mittelmann

مدل معروف به «ماده‌ی تاریک سیاه» پیشگویی می‌کند که در ابتدا ساختارهای کوچک (از جمله کهکشان‌ها) در کیهان شکل گرفتند و سپس ساختارهای بزرگتر را تشکیل دادند. با این که تغییراتی در این مدل وجود دارد، هیچ‌کدام پیش‌بینی نمی‌کردند که ساختار عظیمی مانند ساراسواتی بتواند ۴ میلیارد سال پیش وجود داشته باشد. به همین دلیل، کشف این ساختار می‌تواند ستاره‌شناسان را وادار کند تا در مورد نظریه‌های خود درباره‌ی شکل‌گیری کیهان تجدیدنظر کنند.

به بیان ساده‌تر، ابرخوشه‌ی ساراسواتی زمانی شکل گرفت که انرژی سیاه برای غلبه بر شکل‌گیری ساختار آغاز شد و نیروی جاذبه را به عنوان منبع اصلی شکل‌دهندی تکامل کیهانی جایگزین کرد. همان‌طور که جویدیپ باگی، محقق IUCAA و مؤلف سرپرست مقاله و دستیار شیشیر سانخایان (از IISER) در نسخه‌ی مطبوعاتی IUCAA اشاره می‌کند:

ما از کشف این ابرخوشه‌ی غول‌آسای دیوارمانند از کهکشان‌ها بسیار شگفت‌زده شدیم … این ابرخوشه به وضوح در یک شبکه‌ی بزرگ از رشته‌های کیهانی تعبیه‌شده است که از طریق خوشه‌ها و فضاهای خالی بزرگ قابل ردیابی است. در گذشته تنها چند ابرخوشه‌ی نسبتا بزرگ گزارش شدند، برای مثال می‌توان به «توده‌ی شاپلی» یا «دیواره‌ی بزرگ اسلون» در جهان مجاور اشاره کرد در حالی که ابرخوشه‌ی «ساراسواتی» یک نمونه‌ی عظیم‌تر است. اثر ما به تأکید به این سؤال گیج‌کننده کمک می‌کند؛ اینکه افزایش جرم و چگالی قابل توجه در مقیاس بزرگ، در میلیاردها سال پیش به چه طریقی شکل گرفتند، آن هم زمانی که انرژی تاریک اسرارآمیز تازه برای غلبه بر شکل‌گیری ساختار آغاز شده بود.

به این ترتیب، کشف غول‌آساترین ابرخوشه‌ها می‌تواند بر نقش مهم انرژی تاریک سیاه در شکل‌گیری ابرخوشه تأکید کند. همچنین درهایی را بر نظریه‌های کیهانی دیگر در رقابت با مدل CDM باز می‌کند که ممکن است تعریف‌های سازگارتری را برای این سؤال ارائه کنند که چرا ساراسواتی ده میلیارد سال پس از بیگ‌بنگ وجود دارد.

یک نکته واضح است: این کشف، فرصت هیجان‌انگیزی برای تحقیقات جدید در زمینه‌ی تشکیل و تکامل کیهان ارائه می‌دهد. و به کمک واسطه‌های جدید و امکانات مشاهداتی، ستاره‌شناسان می‌توانند به ساراستواتی و دیگر ابرخوشه‌ها دقیق‌تر نگاه کنند و تأثیر آن‌ها بر محیط کیهانی را مطالعه کنند.