یک پژوهش با اشاره به «ناهنجاری دوقطبی کیهانی» نشان میدهد ممکن است فرض یکنواختی جهان در مقیاس بزرگ در مدل استاندارد کیهانشناسی نقض شده و در صورت تایید، نیاز به بازنگری در مفاهیمی مانند انرژی تاریک و ساختار کیهان مطرح میشود.
بهگزارش سرویس نجوم تکناک، یک پژوهش جدید نشان میدهد که جهان ممکن است در مقیاسهای بسیار بزرگ، آنگونه که در چارچوب مدل استاندارد کیهانشناسی (ΛCDM) فرض میشود، کاملاً همگن و همسانگرد نباشد. این مدل، که بر اصل کیهانشناسی استوار است، بر این فرض بنا شده که در مقیاسهای کیهانی توزیع ماده یکنواخت بوده و جهان در تمام جهتها ویژگیهای آماری یکسانی دارد.
در این چارچوب، Λ نماینده انرژی تاریک و CDM بیانگر ماده تاریک سرد است که هر دو نقش کلیدی در انبساط شتابدار کیهان و تشکیل ساختارهای بزرگمقیاس دارند. با این حال، شواهد جدید به وجود نوعی ناهمسانی یا «نامتقارنی بزرگمقیاس» در ساختار کیهان اشاره دارد.
کانون این بحث «ناهنجاری دوقطبی کیهانی» است که از طریق تحلیل تابش پسزمینه مایکروویو کیهانی (CMB) بررسی میشود؛ تابشی که مربوط به حدود ۳۸۰ هزار سال پس از بیگبنگ و زمان بازترکیب است. CMB بهعنوان یکی از دقیقترین ابزارهای مشاهدهای کیهانشناسی، تصویری از شرایط اولیه جهان ارائه میدهد.
در حالی که این تابش در مجموع بسیار همگن است، دارای ناهمسانگردیهای بسیار کوچک است که شامل مولفه دوقطبی نیز میشود؛ الگویی که در آن یک سمت آسمان اندکی گرمتر و سمت مقابل سردتر دیده میشود. تفسیر استاندارد این پدیده، حرکت ناظر (منظومه شمسی) نسبت به چارچوب سکون کیهانی و اثر داپلر متناظر است.
بیشتر بخوانید: رکوردشکنی در فضا؛ بزرگترین ساختار کیهان ۱.۴ میلیارد سال نوری طول دارد
در صورت صحت این تفسیر، انتظار میرود توزیع اجرام دوردست مانند کهکشانها و اختروشها نیز دارای دوقطبی مشابهی از نظر جهت و دامنه باشد؛ فرضیهای که در قالب آزمون Ellis–Baldwin از دهه ۱۹۸۰ مطرح شده است. مطابق پیشبینی نظری، دامنه و جهت دوقطبی در توزیع ماده باید با الگوی مشاهدهشده در CMB همخوان باشد. با این حال، نتایج مطالعه جدید نشان میدهد که اگرچه همجهتی میان دو دوقطبی وجود دارد، دامنه سیگنالها بهطور معناداری متفاوت است و دوقطبی ماده بزرگمقیاس قویتر از پیشبینی ΛCDM مشاهده میشود.
مرتبط: یک سیارک تازه کشفشده از نزدیکی زمین عبور می کند
این تحلیل بر دادههای بیش از ۱.۴ میلیون اختروش و حدود ۵۰۰ هزار منبع رادیویی استوار است و به سطح معناداری آماری ۵σ رسیده است؛ سطحی که احتمال وقوع تصادفی آن حدود ۱ در ۳.۵ میلیون برآورد میشود و در فیزیک ذرات و کیهانشناسی بهعنوان استاندارد کشف قطعی به کار میرود. بر اساس این نتایج، پروفسور Subir Sarkar تاکید کرده است که مسئله دیگر قابل چشمپوشی نیست و حتی اعتبار متریک FLRW نیز باید مورد بازنگری قرار گیرد.
متریک Friedmann–Lemaître–Robertson–Walker (FLRW) چارچوب ریاضی استاندارد در نسبیت عام برای توصیف کیهان در حال انبساط است و فرض همگنی و همسانگردی را در مقیاس بزرگ بهصورت بنیادی وارد مدل ΛCDM میکند. در صورت تایید ناهمسانیهای بزرگمقیاس و ناهنجاری دوقطبی کیهانی، این چارچوب ممکن است نیازمند اصلاحات اساسی یا بازتعریف در توصیف هندسه کیهان باشد.
اهمیت این یافتهها در آن است که مدل استاندارد کیهانشناسی بهشدت بر وجود انرژی تاریک متکی است؛ مولفهای که حدود ۷۰ درصد از محتوای انرژی کل کیهان را تشکیل داده و بهعنوان عامل اصلی انبساط شتابدار جهان در چارچوب ΛCDM در نظر گرفته میشود. با این وجود، انرژی تاریک همچنان ماهیتی فرضی دارد و فاقد توضیح فیزیکی مستقیم و تجربی تاییدشده است. در صورتی که فرض همسانگردی کیهان نقض شود، بخشی از شواهد منتسب به انرژی تاریک ممکن است ناشی از خطاهای بنیادی در فرضیات هندسی و ساختاری مدل کیهانشناسی باشد.
دکتر سباستین فون هاوزگر تاکید میکند: «اگر منابع دوردست در چارچوبی که در آن تابش پسزمینه کیهانی همسانگرد است نیز همسانگرد نباشند، این به معنای نقض اصل کیهانشناسی است… و در عمل ما را به نقطه آغاز بازمیگرداند.» ناهنجاری دوقطبی کیهانی در مقایسه با مسئله «تنش هابل» توجه عمومی کمتری دریافت کرده است؛ در حالی که تنش هابل به اختلاف میان اندازهگیریهای نرخ انبساط کیهان (ثابت هابل) در مقیاسهای مختلف مربوط میشود. ناهنجاری دوقطبی کیهانی به فرض بنیادیتری، یکنواختی آماری کیهان در مقیاسهای بسیار بزرگ، حمله میکند.
برای مطالعه بیشتر: تلسکوپ جیمز وب دقیقترین نقشه شبکه کیهانی جهان را ثبت کرد
در افق پیشرو، چندین پروژه رصدی کلیدی میتوانند در تعیین وجود یا عدم وجود ناهمسانی بزرگمقیاس نقش تعیینکنندهای داشته باشند. ماموریت Euclid متعلق به آژانس فضایی اروپا در حال نقشهبرداری از میلیاردها کهکشان برای بررسی انرژی تاریک و ساختار کیهانی است. ماموریت SPHEREx ناسا با رصد کل آسمان در طیف فروسرخ به مطالعه شکلگیری کهکشانها و سرچشمه ساختار بزرگمقیاس میپردازد.
رصدخانه Vera C. Rubin نیز با پایش مداوم آسمان نیمکره جنوبی به بررسی ماده تاریک و رویدادهای گذرا کمک خواهد کرد. در کنار آن، پروژه SKA (Square Kilometre Array) با حساسیتی بیسابقه ساختار بزرگمقیاس کیهان را در حوزه امواج رادیویی بررسی خواهد کرد.
همزمان، پیشرفت در روشهای یادگیری ماشین میتواند به توسعه مدلهای کیهانشناسی جدید برای تبیین این مشاهدات غیرمنتظره منجر شود. در جمعبندی، این مطالعه نشان میدهد کیهان ممکن است بهمراتب پیچیدهتر از مدلهای متقارن و همگن کنونی باشد. در صورت تایید نتایج توسط مشاهدات آینده، بازنگری اساسی نهتنها در مدل استاندارد کیهانشناسی، بلکه در مفهوم و نقش انرژی تاریک نیز اجتنابناپذیر خواهد بود.
