جهان ‌آن‌قدر سریع منبسط می‌شود که فیزیک قادر به توضیح آن نیست

تنش هابل اخیرا شدیدتر شده است. اندازه‌گیری‌های جدید نشان می‌دهند جهان سریع‌تر از آنچه درک فعلی ما از فیزیک می‌تواند توضیح دهد، در حال انبساط است.

در دهه‌ی گذشته، کیهان‌شناسی درگیر بحران‌ فزاینده‌ای بوده است. مشاهداتی که ابتدا توسط تلسکوپ فضایی هابل و بعدا توسط تلسکوپ جیمز وب انجام شد، نشان می‌دهند انبساط در مناطق مختلف جهان با سرعت‌های متفاوتی در حال رخ‌دادن است.

اکنون نتایج جدید با استفاده از یک خوشه کهکشانی در حیات خلوت کیهانی خودمان، این اختلاف را بیش از پیش تأیید می‌کند و به این ترتیب کیهان‌شناسی را درمعرض بازنویسی قرار می‌دهد. دان اسکلنیک، پژوهشگر اصلی مطالعه و استاد فیزیک دانشگاه دوک در بیانیه‌ای گفت: «تنش اکنون به بحران تبدیل می‌شود. به‌نوعی می‌توان گفت مدل کیهان‌شناسی ما ممکن است نقض شود.»

دو روش استاندارد طلایی برای محاسبه ثابت هابل، مقیاس مخصوص اندازه‌گیری سرعت انبساط جهان، وجود دارد. روش اول، اندازه‌گیری نوسان‌های کوچک در تابش پس‌زمینه‌ی کیهانی (CMB) است. این تابش، همچون عکس فوری باستانی از اولین نور کیهانی موجود در امواج ثابت مایکروویو که فقط ۳۸۰ هزار سال پس از بیگ‌بنگ تولید شده است.

روش دوم در فاصله‌های نزدیک‌تر (در مراحل بعدی زندگی کیهان) با استفاده از تپ‌اخترهایی موسوم به متغیرهای قیفاووسی است. ستاره‌های متغیر قیفاووسی به آهستگی در حال مرگ هستند و لایه‌های بیرونی گاز هلیوم آن‌ها با جذب و انتشار پرتوها رشد می‌کند و منقبض می‌شوند و به این ترتیب این ستاره‌ها مانند چراغ‌های راهنما در دوردست سوسو می‌زنند.

قیفاووسی‌ها هرچه درخشان‌تر می‌شوند، آهسته‌تر می‌تپند و ستاره‌شناس‌ها را قادر می‌سازند تا درخشندگی ذاتی این ستارگان را اندازه بگیرند. آن‌ها با مقایسه‌ی درخشندگی واقعی ستاره با درخشندگی مشاهده‌شده از زمین و استفاده از ابرنواخترهای نوع ۱a به‌عنوان مبنا (که در همه‌جا با درخشندگی مشابه منفجر می‌شوند)، می‌توانند اندازه‌گیری‌ها از متغیرهای قیفاووسی را به رویکرد «نردبان فاصله کیهانی» متصل کنند تا به این ترتیب به گذشته‌های دورتر جهان خیره شوند؛ اما اینجاست که دردسرهای اصلی شروع می‌شوند.

کیهان‌شناس‌ها با استفاده از ماهواره‌ی پلانک آژانس فضایی اروپا برای اندازه‌گیری تابش پس‌زمینه کیهانی، ثابت هابل را تقریبا ۶۷ کیلومتر بر ثانیه بر مگاپارسک به دست آوردند. این نتیجه در کنار سایر اندازه‌گیری‌های جهان اولیه، با پیش‌بینی‌های مدل استاندارد کیهانی همسو بود؛ اما به شدت در تضاد با اندازه‌گیری‌های نردبان فاصله‌ی متغیر قیفاووسی بود که نرخ انبساط ۷۳ کیلومتر بر ثانیه بر مگاپارسک را نشان می‌داد. این اختلاف، مقداری بسیار خارج از محدوده‌ی خطای اندازه‌گیری‌های پلانک و نشانه‌ی بارزی از این مسئله است که جهان با سرعتی بسیار بیشتری از آنچه نظریه‌ها مجاز می‌دانند، منبسط می‌شود.

اخترشناس‌ها توضیحات مختلفی را برای علت اختلاف ارائه کرده‌اند و برخی تلاش می‌کنند تا خطاهای سیستماتیک احتمالی را در نتایج بررسی کنند. در همین حین، دیگران تنش را با اندازه‌گیری دقیق‌تر نردبان فاصله تقویت کردند.

پژوهشگرها برای بررسی بیشتر تنش از یک نردبان فاصله استفاده کردند که از داده‌های ابزار طیف‌سنجی انرژی تاریک (DESI) به دست آمده بود. این ابزار موقعیت ماهانه میلیون‌ها کهکشان را برای مطالعه‌ی چگونگی انبساط جهان تا به امروز مشخص می‌کند.

بااین‌حال درحالی‌که داده‌های اولیه‌ی DESI نتیجه‌ی مشابه نگران‌کننده‌ای را برای مدل استاندارد کیهان‌شناسی به‌دست آوردند (به ثابت هابل برابر با ۷۶٫۰۵ کیلومتر بر ثانیه در مگاپارسک رسیدند که به‌مراتب خارج از محدوده‌ی خطای اندازه‌گیری‌های پلانک است)، عدم قطعیت درباره‌ی فاصله تا اولین پله‌ی نردبان در خوشه‌ی کهکشانی کما، یافته‌ها را مبهم‌تر کرد.

اسکلنیک و گروهش برای تأیید تخمین DESI، دوازده ابرنواختر مختلف نوع Ia را که در سراسر خوشه‌ی کما نقطه‌گذاری شده بودند، مطالعه کردند. آن‌ها دریافتند که این خوشه تقریبا در فاصله‌ی ۳۲۰ میلیون سال نوری از زمین قرار دارد.

با محکم‌تر شدن پله‌ی اول نردبان، نتیجه‌ی ۷۶٫۵ کیلومتر بر ثانیه بر مگاپارسک به‌دست آمد. این مقدار به‌نحو بیشتر تنش موجود را تایید می‌کند و پتانسیل برای نقض مدل استاندارد کیهان‌شناسی را نشان می‌دهد. بااین‌حال هنوز مشخص نیست که چه چیزی می‌تواند جایگزین یا اصلاحی بر نظریه‌ی ۴۰ ساله کیهانی شود. اسکلنیک می‌گوید:

ما در نقطه‌ای هستیم که به شدت بر مدل‌های دو دهه و نیم گذشته تأکید داریم و می‌بینیم که همه چیز با یکدیگر منطبق نیست. این مسئله می‌تواند طرز تفکر ما درباره‌ی جهان را تغییر دهد. هنوز شگفتی‌هایی در کیهان‌شناسی باقی مانده‌ است، اما چه کسی می‌داند در آینده چه اکتشافاتی رخ خواهد داد.