احتمال تغییر انرژی تاریک چالشی تازه برای کیهان‌شناسی

تیمی از پژوهشگران آمریکایی با استفاده از ابررایانه فوق‌پیشرفته آرورا (Aurora) در آزمایشگاه، شبیه‌سازی‌هایی با وضوح بالا از روند تکامل جهان انجام داده‌اند تا بتوانند داده‌های تازه ابزار DESI را تحلیل و تفسیر کنند.

به گزارش ساینس دیلی، ابزار طیف‌نگار انرژی تاریک که در رصدخانه کیت پیک ایالت آریزونا نصب شده، در نخستین سال فعالیت خود داده‌هایی منتشر کرده که برخی از آنها با مدل استاندارد کیهان‌شناسی مطابقت ندارند. یافته‌ها حاکی از آن‌اند که انرژی تاریک—نیروی مرموزی که تصور می‌شود عامل انبساط شتاب‌دار جهان باشد—ممکن است آن‌چنان که پیش‌تر فرض می‌شد، ثابت نباشد.

اگر این فرضیه تأیید شود، تغییرات انرژی تاریک در طول زمان می‌تواند موجب تحولی اساسی در درک ما از کیهان شود.

تغییری هیجان‌انگیز در تصویر جهان؟

اندرو هیرین، فیزیک‌دان آزمایشگاه ملی آرگن و از اعضای پروژه DESI، می‌گوید: «اگر نتایج ابزار DESI تأیید شود، نشان می‌دهد که شتاب کیهانی ناشی از یک ثابت کیهان‌شناسی نیست. بلکه ممکن است ناشی از یک سیال پویا با گرانش منفی باشد—پدیده‌ای که تاکنون در هیچ آزمایش زمینی مشاهده نشده است.»

برای بررسی این فرضیه، تیم پژوهشی آزمایشگاه آرگن به سراغ ابررایانه «آرورا» رفتند؛ سیستمی در کلاس اگزاسکیل که امکان اجرای شبیه‌سازی‌های عظیم و دقیق کیهانی را فراهم می‌کند. آنان دو شبیه‌سازی بزرگ را اجرا کردند: یکی با فرض ثبات انرژی تاریک و دیگری با فرض تغییرپذیری آن در طول زمان. این دو مدل با شرایط اولیه یکسان شروع شدند تا پژوهشگران بتوانند حتی کوچک‌ترین تفاوت‌ها را ردیابی کنند.

نقش حیاتی شبیه‌سازی در آزمودن نظریه‌ها

کاترین هایتمن، معاون دپارتمان فیزیک انرژی بالا در آزمایشگاه آرگن، می‌گوید: «ما نمی‌توانیم یک جهان کوچک بسازیم تا روی آن آزمایش کنیم، اما می‌توانیم از رایانه‌های بسیار قدرتمند برای شبیه‌سازی رشد ساختار‌های کیهانی در طول زمان استفاده کنیم.»

گیلیان بلتز-مورمن، پژوهشگر پسادکتری در این پروژه، توضیح می‌دهد: «هدف این است که یک مدل از جهان با یک دسته فرضیه خاص بسازیم و بعد آن را با داده‌های واقعی مقایسه کنیم. اگر همخوانی زیادی وجود داشته باشد، می‌توان به درستی آن فرضیه‌ها امیدوار بود. اما اگر تفاوت زیادی باشد، نشانه‌ای است از نادرستی آن مدل.»

کاربرد ویژه آرورا در شبیه‌سازی‌های کیهانی

شبیه‌سازی‌هایی با این دقت و در چنین مقیاسی، معمولاً هفته‌ها زمان می‌بردند، اما با استفاده از قدرت پردازشی عظیم آرورا، هر کدام تنها در دو روز به پایان رسیدند. یکی از ویژگی‌های کلیدی آرورا در این پروژه، امکان تحلیل هم‌زمان داده‌ها حین تولید آنها (on-the-fly analysis) بود. این روش باعث حذف گلوگاه‌های ذخیره‌سازی و پردازش ثانویه شد و به پژوهشگران امکان داد سریع‌تر به تحلیل و بهینه‌سازی بپردازند.

DESI؛ نوری بر تاریکی انرژی

پروژه بین‌المللی DESI با مشارکت بیش از ۹۰۰ دانشمند از سراسر جهان، تحت رهبری آزمایشگاه ملی لارنس برکلی و با پشتیبانی وزارت انرژی آمریکا، بر اساس طیف‌نگاری طراحی شده است. به جای تصویر‌برداری از کهکشان‌ها، DESI نور آنها را جمع‌آوری و طیف آنها را بررسی می‌کند تا فاصله، ساختار و حرکت آنها را مشخص کند. در سال نخست فعالیت، این پروژه توانست دقیق‌ترین نقشه سه‌بعدی از جهان در ۱۱ میلیارد سال گذشته تهیه کند.

گرچه داده‌های اولیه DESI عمدتاً با مدل استاندارد کیهان‌شناسی همخوانی دارند، اما برخی ناسازگاری‌های جزئی می‌تواند نشانه‌ای از تغییرپذیری انرژی تاریک در گذر زمان باشد—که در این صورت، نظریه غالب درباره شتاب کیهانی یعنی «ثابت کیهان‌شناسی اینشتین» با چالش جدی روبه‌رو می‌شود.

افق تازه‌ای برای کیهان‌شناسی

ثابت کیهان‌شناسی برای نخستین بار در سال ۱۹۱۷ توسط آلبرت اینشتین برای توضیح جهانی ایستا وارد معادلات نسبیت عام شد. ولی پس از کشف انبساط کیهان، کنار گذاشته شد و دوباره در دهه ۱۹۹۰ برای توجیه انبساط شتاب‌دار جهان احیا شد.

اما حالا، DESI ممکن است یک بار دیگر باعث بازنگری اساسی در این نظریه شود. در صورت اثبات تغییرپذیری انرژی تاریک، فیزیک‌دانان ناچار به بازنگری در یکی از پایه‌ای‌ترین مفاهیم کیهان‌شناسی خواهند بود. داده‌های شبیه‌سازی آرورا در حال حاضر به‌صورت عمومی در اختیار جامعه علمی قرار گرفته تا پژوهش‌های بعدی تسهیل شوند.

اندرو هیرین در پایان می‌گوید: «این شبیه‌سازی‌ها بستری برای آزمودن ایده‌ها فراهم می‌کنند—این‌که کدام مدل از انرژی تاریک، با دنیای واقعی همخوانی دارد. این، یک گام بزرگ در مسیر درک بهتر جهان است.»

انتهای پیام/