بیش از ده سال پیش، اکتشاف انرژی تاریک (DES) شروع به نقشه برداری از جهان برای یافتن شواهدی کرد که ممکن است به ما در درک ماهیت پدیده اسرارآمیز معروف به ما کمک کند انرژی تاریک.
من یکی از بیش از 100 دانشمند شرکت کننده هستم که به ایجاد فینال کمک کردند اندازه گیری DESکه به تازگی منتشر شده است بیست و چهل و سومین اجلاس انجمن نجوم آمریکا در نیواورلئان
انرژی تاریک تصور می شود که تقریباً 70 درصد از جهان قابل مشاهده را تشکیل می دهد، اما ما هنوز نمی دانیم که چیست. اگرچه ماهیت آن اسرارآمیز است، اما تأثیر انرژی تاریک در مقیاس بزرگ احساس می شود. اثر اصلی آن رانندگی است تسریع انبساط کیهان.
اعلامیه نیواورلئان ممکن است ما را به درک بهتری از این شکل از انرژی نزدیک کند. از جمله، این به ما این فرصت را می دهد تا مشاهدات خود را در برابر ایده ای به نام آزمایش کنیم ثابت کیهانی که توسط آلبرت اینشتین در سال 1917 به عنوان راهی برای مقابله با اثرات گرانش در معادلات خود برای دستیابی به جهانی که نه در حال انبساط و نه انقباض است، معرفی شد. انیشتین بعداً آن را از محاسبات خود حذف کرد.
اما بعدها، کیهان شناسان دریافتند که نه تنها جهان در حال انبساط است، بلکه سرعت انبساط نیز در حال افزایش است. این مشاهده به کمیت مرموز به نام انرژی تاریک نسبت داده می شود.
مفهوم ثابت کیهانی انیشتین در واقع می‌تواند انرژی تاریک را توضیح دهد اگر ارزش مثبتی داشته باشد (به آن اجازه می‌دهد انبساط پرشتاب کیهان را توضیح دهد).
نتایج DES نقطه اوج دهه‌ها کار محققان در سراسر جهان است و یکی از بهترین اندازه‌گیری‌ها را از یک پارامتر گریزان به نام «w» ارائه می‌کند که مخفف عبارت “معادله حالتاز زمان کشف انرژی تاریک در سال 1998، ارزش معادله حالت آن یک سوال اساسی بوده است.
این حالت نسبت فشار به چگالی انرژی را برای یک ماده معین توصیف می کند. همه چیز در جهان دارای یک معادله حالت است.
مقدار آن به شما می گوید که آیا یک ماده شبیه گاز، نسبیتی (که توسط نظریه نسبیت اینشتین توضیح داده شده است) است یا خیر، یا اینکه مانند یک مایع رفتار می کند. کار کردن با این رقم اولین قدم برای درک واقعی ماهیت واقعی انرژی تاریک است.
بهترین نظریه ما برای w پیش بینی می کند که باید دقیقاً منهای یک باشد (w=-1). این پیش‌بینی همچنین نشان می‌دهد که انرژی تاریک ثابت کیهانی است که توسط انیشتین پیشنهاد شده است.
براندازی توقعات
معادله حالت منهای یک به ما می گوید که با افزایش چگالی انرژی انرژی تاریک، فشار منفی نیز افزایش می یابد. هر چه چگالی انرژی در جهان بیشتر باشد، دافعه بیشتری وجود دارد – به عبارت دیگر، ماده به ماده دیگر فشار می آورد. این منجر به یک جهان در حال انبساط شتاب می شود. ممکن است کمی عجیب به نظر برسد زیرا با هر چیزی که ما روی زمین تجربه می کنیم مغایرت دارد.
این کار از مستقیم ترین کاوشگری که در مورد تاریخچه انبساط کیهان داریم استفاده می کند: ابرنواختر نوع Ia. اینها نوعی انفجار ستاره ای هستند و به عنوان نوعی معیار کیهانی عمل می کنند که به ما امکان می دهد فواصل بسیار بزرگ را در دورترین نقطه جهان اندازه گیری کنیم. سپس این فاصله ها را می توان با انتظارات ما مقایسه کرد. این همان تکنیکی است که 25 سال پیش برای کشف وجود انرژی تاریک استفاده شد.
تفاوت اکنون در اندازه و کیفیت نمونه ابرنواختری ما است. با استفاده از تکنیک های جدید، تیم DES 20 برابر داده های بیشتری در محدوده وسیعی از فواصل دارد. این امکان یکی از دقیق‌ترین اندازه‌گیری‌های w را فراهم می‌کند و مقدار -0.8 را می‌دهد.
در نگاه اول، این مقدار دقیق منهای یک مقداری که پیش‌بینی کرده بودیم نیست. این ممکن است به این معنی باشد که ثابت کیهانی نیست. با این حال، عدم قطعیت این اندازه‌گیری به اندازه‌ای بزرگ است که به احتمال 5 درصد منهای یک یا شانس شرط‌بندی 20 به 1 را می‌دهد. این سطح از عدم قطعیت هنوز به اندازه کافی برای گفتن هر دو طرف خوب نیست، اما شروعی عالی است.
افتتاحیه از بوزون هیگز ذره زیر اتمی در سال 2012 در برخورد دهنده بزرگ هادرونی به یک میلیون به یک احتمال اشتباه نیاز دارد.
با این حال، این اندازه گیری می تواند سیگنال دهد پایان مدل های “بیگ ریپ”. که دارای معادلات حالتی هستند که منفی تر از یک هستند. در چنین مدل‌هایی، جهان بی‌نهایت با سرعت‌های سریع‌تر و سریع‌تر منبسط می‌شود و در نهایت کهکشان‌ها، منظومه‌های سیاره‌ای و حتی خود فضا-زمان را از هم می‌پاشد. که تسکین است.
طبق معمول، دانشمندان داده‌های بیشتری می‌خواهند و این برنامه‌ها در حال انجام است. نتایج DES نشان می‌دهد که تکنیک‌های جدید ما برای آزمایش‌های ابرنواختر آینده کار خواهند کرد ماموریت اقلیدس ESA (راه اندازی ژوئیه 2023) و رصدخانه جدید ورا روبین در شیلی. این رصدخانه باید به زودی از تلسکوپ خود برای گرفتن اولین تصویر از آسمان پس از ساخت استفاده کند که تصویری از قابلیت های آن ارائه می دهد.
این تلسکوپ‌های نسل بعدی می‌توانند هزاران ابرنواختر دیگر را شناسایی کنند، که به ما کمک می‌کند تا اندازه‌گیری‌های جدیدی از معادله حالت انجام دهیم و حتی بیشتر بر ماهیت انرژی تاریک روشن کنیم.
رابرت نیکولمعاون آموزشی و رئیس اجرایی، دانشگاه ساری
این مقاله توسط گفتگو تحت مجوز Creative Commons. ادامه مطلب مقاله اصلی.
