تحقیقات جدید حاکی از آن است که انرژی تاریک، نیروی مرموزی که انبساط شتابان جهان را هدایت میکند، ممکن است در نهایت ثابت نباشد.
از اوایل قرن بیستم، محققان شواهد محکمی جمعآوری کردهاند که نشان میدهد جهان نهتنها در حال انبساط است، بلکه این کار را با سرعت فزایندهای انجام میدهد. این شتاب با یک تأثیر مرموز شناختهشده به نام انرژی تاریک مرتبط است؛ خاصیتی از فضا-زمان که تصور میشود کهکشانها را از هم دور میکند.
برای سالهای متمادی، چارچوب کیهانشناسی غالب، یعنی مدل ماده تاریک سرد لاندا (ΛCDM)، انرژی تاریک را به عنوان یک کمیت ثابت در نظر گرفته که در طول تاریخ کیهان بدون تغییر باقی میماند. این فرض برای مدتها یک پایه ساده برای درک جهان فراهم کرده است، با این حال این امکان حیاتی را باز میگذارد: انرژی تاریک ممکن است ثابت نباشد و در عوض با گذشت زمان متغیر باشد.
مشاهدات جدید، انرژی تاریک پویا را مورد اشاره قرار میدهند پیشرفتهای رصدی اخیر شروع به به چالش کشیدن دیدگاه دیرینه ثابت بودن انرژی تاریک کردهاند. دادههای بهدستآمده از ابزار طیفسنجی انرژی تاریک (DESI)، یک پیمایش پیشرفته که برای نقشهبرداری از کهکشانهای دور طراحی شده است، نشان میدهد که یک جزء انرژی تاریک پویا (DDE) ممکن است کیهان را بهتر توصیف کند.
این جابجایی احتمالی از مدل ΛCDM به یک تکامل کیهانی پیچیدهتر از آنچه قبلاً تصور میشد اشاره دارد. در عین حال، شکاف عمدهای در دانش کنونی را برجسته میکند: دانشمندان هنوز درک محدودی دارند از اینکه چگونه یک جزء انرژی تاریک وابسته به زمان میتواند بر شکلگیری و رشد بزرگترین ساختارهای جهان تأثیر بگذارد.
شبیهسازیهای عظیم، جهان در حال تغییر را بررسی میکنند برای مواجهه با این چالش، یک تیم تحقیقاتی به رهبری دانشیار توموآکی ایشیاما از شورای ارتقاء تحول دیجیتال در دانشگاه چیبا ژاپن، یکی از جاهطلبانهترین شبیهسازیهای کیهانشناسی را که تاکنون ایجاد شده، انجام داد.
این مطالعه که با همکاری فرانسیسکو پرادا از مؤسسه اخترفیزیک اندلس در اسپانیا و آناتولی آ. کلیپین از دانشگاه ایالتی نیومکزیکو در ایالات متحده انجام شد، در مجله Physical Review D منتشر شده است. هدف آنها بررسی چگونگی تأثیر جزء انرژی تاریک متغیر با زمان بر شکلگیری جهان و ارائه راهنمایی واضحتر برای تفسیر دادههای نجومی آینده بود.
سوپرکامپیوتر فوگاکو چندین مدل انرژی تاریک را آزمایش میکند محققان با استفاده از سوپرکامپیوتر فوگاکو، یکی از سیستمهای محاسباتی برجسته ژاپن، سه شبیهسازی N-body با وضوح بالا انجام دادند که هر کدام حجمی محاسباتی هشت برابر بزرگتر از کارهای قبلی را پوشش میدادند.
یک شبیهسازی از مدل استاندارد ΛCDM پلانک-۲۰۱۸ پیروی کرد، در حالیکه دو شبیهسازی دیگر شامل نسخههایی از انرژی تاریک پویا بودند. با مقایسه یک مدل DDE با پارامترهای ثابت با مدل ΛCDM، آنها توانستند اثرات خاصی را که توسط یک جزء انرژی تاریک در حال تغییر ایجاد میشود، شناسایی کنند. شبیهسازی سوم، پارامترهای بهترین برازش (best-fit) سال اول DESI را در خود جای داد و به تیم این امکان را داد تا بررسی کند که چگونه یک سناریوی DDE واقعبینانهتر و مبتنی بر رصد، بر یک مدل کیهانشناسی بهروز شده تأثیر میگذارد.
چگونه تغییرات در چگالی ماده، کیهان را متحول میکنند یافتهها نشان میدهند که انرژی تاریک پویا به خودیِخود تغییرات نسبتاً کوچکی ایجاد میکند. با این حال، زمانیکه محققان پارامترهای کیهانشناسی را مطابق با نتایج DESI تنظیم کردند، به ویژه با افزایش چگالی ماده حدود ۱۰ درصد، پیامدها بسیار قابل توجهتر شدند.
چگالی ماده بیشتر، جاذبه گرانشی را تقویت میکند که منجر به توسعه زودهنگامتر خوشههای کهکشانی عظیم میشود. این خوشهها به عنوان ستون فقرات ساختاری جهان عمل میکنند و شبکههای کهکشانی را که امروزه مشاهده میکنیم، پشتیبانی مینمایند. در این سناریو، مدل DDE آگاهشده از DESI، تا ۷۰ درصد خوشههای عظیمتر را در مراحل اولیه جهان پیشبینی کرد.
آزمایش مدل با سیگنالهای کیهانی باستانی این تیم همچنین ارزیابی کرد که چگونه مدلها بر نوسانات آکوستیک باریونی (BAOs)، که الگوهایی بهجا مانده از امواج صوتی باستانی هستند و به عنوان ابزاری کلیدی برای اندازهگیری فواصل کیهانی عمل میکنند، تأثیر میگذارند. در شبیهسازی DDE مشتق شده از DESI، قله BAO به میزان ۳.۷۱ درصد به سمت مقیاسهای کوچکتر جابجا شد. این جابجایی تطابق نزدیکی با دادههای رصدی DESI داشت، که نشاندهنده توافق قوی بین شبیهسازی و اندازهگیریهای واقعی و تقویت اعتماد به توانایی پیشبینی مدل است.
خوشهبندی کهکشانها شواهد بیشتری ارائه میدهد فراتر از BAOs، محققان نحوه خوشهبندی کهکشانها در سراسر جهان را بررسی کردند. مدل DDE مبتنی بر DESI خوشهبندی بهوضوح تقویتشدهای را در مقایسه با سایر مدلها، به ویژه در مقیاسهای کوچکتر، نشان داد. این رفتار یک پیامد مستقیم چگالی ماده بالاتر است که در شبیهسازی استفاده شده است. هنگامیکه تیم این نتایج را با مشاهدات DESI مقایسه کرد، دریافتند که الگوهای خوشهبندی کهکشانی به خوبی با پیشبینیهای مدل همسو هستند.
بینشهای کلیدی در مورد شکلگیری ساختار به طور کلی، این مطالعه نشان میدهد که چگونه ساختار جهان میتواند بهطور قابلتوجهی تغییر کند وقتی هم انرژی تاریک و هم پارامترهای کیهانشناسی مانند چگالی ماده تغییر میکنند. همانطور که دکتر ایشیاما بیان میکند:
شبیهسازیهای بزرگ ما نشان میدهد که تغییرات در پارامترهای کیهانشناسی، به ویژه چگالی ماده در جهان، تأثیر بیشتری بر شکلگیری ساختار نسبت به جزء DDE به تنهایی دارند.
آمادهسازی برای پیمایشهای کهکشانی نسل بعدی با چندین پیمایش عمده که در آینده در راه است، این یافتهها برای تفسیر اندازهگیریهای فزاینده دقیق ضروری خواهند بود. دکتر ایشیاما در پایان میگوید:
انتظار میرود در آینده نزدیک، پیمایشهای کهکشانی در مقیاس بزرگ از طیفسنج کانون اولیه سوبارو (Subaru Prime Focus Spectrograph) و DESI، اندازهگیری پارامترهای کیهانشناسی را به طور قابل توجهی بهبود بخشند. این مطالعه یک مبنای نظری برای تفسیر چنین دادههای آتی فراهم میکند.
منبع: Scitechdaily
