آیا انرژی تاریک واقعاً وجود دارد؟ دانشمندان پاسخ می‌دهند

انرژی تاریک با وجود رازآلود بودنش، به بخشی رایج از کیهان‌شناسی تبدیل شده است. مدارک وجود این انرژی در فضا از سال 1998 وجود داشته است. این همان سالی بود که اخترشناسان برای اولین بار کشف کردند که انرژی تاریک مانند یک شتاب‌دهنده عمل می‌کند و دلیل افزایش سرعت انبساط گیتی است. با انبساط گیتی، فضای جدیدی به وجود می‌آید و در کنار آن انرژی تاریک بیشتری پدیدار می‌شود که باعث افزایش بیش از پیش سرعت انبساط گیتی می‌شود.

دو دهه بعد دو اندازه‌گیری مستقل تأیید کردند که انرژی تاریک 70 درصد از محتوای گیتی را تشکیل می‌دهد. این انرژی آنقدر در درک فعلی ما از گیتی نقش دارد که با انتشار مطالعه‌ای جدید در مجله اخترشناسی و اخترفیزیک افراد زیادی شگفت‌زده شدند؛ این مطالعه به بررسی این پرسش می‌پردازد که آیا انرژی تاریک اصلاً وجود دارد؟

چهار نویسنده این مقاله، از جمله سوبیر سرکار (Subir Sarkar) فیزیک‌دان دانشگاه آکسفورد، تحلیل خود را از داده‌های موجود درباره صدها ابرنواختر به انجام رساندند، ابرنواخترها انفجارهایی هستند که از اولین مدارک ما برای شتاب‌گیری انبساط گیتی بودند، کشفی که سه اخترشناس به خاطر آن جایزه نوبل 2011 فیزیک را دریافت کردند. وقتی سرکار و همکارانش به ابرنواخترها نگاه کردند چیزی که مشاهده کردند شتاب‌گیری یکنواخت گیتی در تمام جهات و به دلیل انرژی تاریک نبود. در عوض آن‌ها می‌گویند ابرنواخترها اینطور به نظر می‌رسند چون محدوده‌ای از گیتی که ما در آن قرار داریم در حال شتاب گرفتن به سمت خاصی، تقریباً به سمت صورت فلکی قنطورس، است.

دانشمندان دیگر بلافاصله شروع به ایرادگیری از این مقاله کردند و در جدی‌ترین مورد،‌ دو اخترشناس این بحث‌ها را به شکلی علمی در مقاله‌‌ای مطرح کرده‌اند که در تاریخ 6 دسامبر 2019 در فضای آنلاین منتشر شد و برای انتشار در مجله اخترفیزیک ثبت شده است. نویسندگان این مقاله، دیوید روبین (David Rubin) و دانشجویش جیسکا هیتلاف (Jessica Heitlauf) از دانشگاه مانوآ، هاوائی، به مشکلات اصلی تحلیل داده‌ها در مقاله سرکار و همکارانش اشاره می‌کنند. عنوان این مقاله می‌پرسد «آیا انبساط جهان در حال شتاب‌گیری است؟» و پاسخ می‌دهد «تمام نشانه‌ها می‌گویند بله.»

محققان دیگر این کالبدشکافی دقیق را ستوده‌اند. دراگان هوترر (Dragan Huterer)، کیهان‌شناس دانشگاه میشیگان می‌گوید:

بحث‌های روبین و همکارانش بسیار متقاعدکننده‌اند. از برخی از آن‌ها مطلع بودم و هنگام خواندن مقاله اصلی (مقاله سرکار و همکارانش) در ذهنم بود و برخی دیگر از آن‌ها برایم جدید هستند ولی بسیار منطقی‌اند.

با این حال سرکار و دیگر نویسندگان مقاله اصلی، جکس کالین و رویا مهیایی از انستیتو اخیرفیزیک پاریس و محمد رامیز از دانشگاه کپنهاگ، با این انتقادها موافق نیستند. چند روز پس از انتشار مقاله روبین و هیتلاف، نویسندگان مقاله اصلی مقاله‌ای را در رد مقاله انتقادی منتشر کردند.

نظر جامعه کیهان‌شناسی تغییری نکرده است. هوترر می‌گوید: «این مقاله آخر در جاهایی درک درستی ندارد و سعی می‌کند درباره قواعد آماری مشخصی بحث کند که هیچ جایی برای بحث ندارند.» دن اسکولنیک، کیهان‌شناس ابرنواختر در دانشگاه دوک این نکته را تأیید می‌کند و می‌گوید «مدارک موجود برای انرژی تاریک حاصل از ابرنواخترها به تنهایی چشمگیر و قابل اثبات است.»

عکس‌برداری در حرکت

انبساط گیتی باعث کش آمدن نور و سرخ‌گرایی آن می‌شود. ابرنواخترها هر چقدر دورتر باشند سرخ‌گرایی بیشتری دارند چون نورشان باید در فضای در حال انبساط سفر کند. اگر نرخ انبساط جهان ثابت بود، سرخ‌گرایی نور ابرنواختر با فاصله‌ و در نتیجه درخشندگی آن نسبت مستقیمی می‌داشت.

ولی در جهانی در حال شتاب‌گیری که پر از انرژی تاریک است، فضا در گذشته با سرعت کمتری نسبت به حال حاضر منبسط می‌شد. چنین چیزی به این معنی است که به دلیل انبساط آهسته‌تر فضا در بخش بزرگی از سفر نور ابرنواختر، این نور در طول سفر طولانی‌اش به زمین کمتر کش آمده است. ابرنواختری که در فاصله مشخصی قرار دارد (که توسط درخشندگی‌اش مشخص می‌شود) به طرز چشمگیری سرخ‌گرایی کمتری نسبت به حالتی دارد که این ابرنواختر در جهانی بدون انرژی تاریک حضور می‌داشت. البته که محققان دریافته‌اند که سرخ‌گرایی و درخشندگی ابرنواخترها به همین شیوه افزایش می‌یابد.

سرکار و همکارانش در مقاله اخیرشان روش نامتداولی را برای تحلیل داده‌ها انتخاب کردند. در حالت عادی مطالعاتی که درباره داده‌های ابرنواخترها انجام می‌شود حرکت زمین را در نظر می‌گیرد: با گردش زمین به دور خورشید، گردش خورشید به دور کهکشان، و گردش کهکشان‌مان به دور گروه محلی کهکشان‌ها، ما و تلسکوپ‌هایمان با سرعت 600 کیلومتر در ثانیه در فضا حرکت می‌کنیم. حرکت کلی‌مان به سمت منطقه شلوغی در نزدیکی قنطورس است. در نتیجه نوری که از این سمت می‌آید تحت اثر دوپلر قرار می‌گیرد و آن را آبی‌تر از نور قسمت مخالف آسمان می‌کند.

در مطالعات استاندارد این حرکت را تصحیح می‌کنند و داده‌های ابرنواختر را از دید ثابت بررسی می‌کنند. ولی سرکار و همکارانش چنین کاری نکردند. روبین در مصاحبه‌ای توضیح داد «اگر این حرکت را از داده‌ها بیرون نکشید اثر دوپلر را به داده‌ها اضافه کرده‌اید. ادعای ما این است که بیشتر این تأثیر به دلیل حرکت منظومه شمسی است.»

طبق گفته روبین و هیتلاف مشکل دیگر مقاله سرکار و همکارانش این است که آن‌ها این «فرض مشخصاً اشتباه» را گرفته‌اند: آن‌ها در نظر نگرفتند که گرد و غبار کیهانی نور آبی بیشتری نسبت به نور قرمز جذب می‌کند.

به همین دلیل ابرنواختری در بخشی «تمیز» و بدون گرد و غبار به نظر آبی می‌رسد چون گرد و غبار کمتری وجود دارد که نور آبی را جذب کند. عدم وجود گرد و غبار به معنای درخشندگی بیشتر نیز هست. به این ترتیب ابرنواخترهای دوردستی که با تلسکوپ‌هایمان می‌بینیم به طور نامتناسبی آبی و درخشنده هستند. اگر اثر وابسته به رنگ گرد و غبار را در نظر نگیرید تفاوت کمتری بین درخشندگی ابرنواخترهای نزدیک (که به طور متوسط گرد و غبار و سرخ‌گرایی بیشتری دارند) و ابرنواخترهای دور (که به طور متوسط آبی‌گرایی و درخشندگی بیشتری دارند) می‌بینید و نتیجه می‌گیرید شتاب‌گیری کمتری در گیتی وجود دارد.

ترکیب این موارد و دیگر تصمیمات غیرمعمول به گروه سرکار اجازه داده است که داده‌های ابرنواخترها را با عبارت «دو قطبی» مدل کنند، شتابی که به یک سمت است، و از طرفی فقط «یک قطبی» بسیار کوچک یا احتمالاً ناموجودی برای توصیف شتاب‌گیری یکنواخت بر اثر انرژی تاریک عنوان شده است.

روبین و هیتلاف می‌گویند مدل دو قطبی هم دو مشکل دیگر دارد. ابتدا اینکه این مدل شامل عبارتی است که می‌گوید این شتاب دوقطبی با فاصله گرفتن از زمین با چه سرعتی به صفر می‌رسد. سرکار و همکارانش این فاصله را بسیار کم می‌دانند که به این معنی است که مدل‌شان با نمونه بزرگی از داده‌های ابرنواخترها آزمایش نشده است. مشکل دوم این است که این مدل در بررسی رابطه بین عبارت‌های دوقطبی و تک‌قطبی در محاسبات پایدار نیست.

اختلاف نظر

در روز انتشار مقاله روبین و هیتلاف، سرکار در ایمیلی گفت «فکر نمی‌کنیم بررسی‌مان به بازبینی نیازی داشته باشد.» او و تیمش در مدت کوتاهی مقاله‌ای در رد مقاله روبین و هیتلاف منتشر کردند و با توجیه‌های قبلی به رد چهار نکته روبین و هیتلاف پرداختند. آن‌ها به تحقیقی از ناتالیا کارپنکا، اخترشناسی اشاره کردند که برای شغلی مالی از فضای آکادمیک خارج شد ولی به گفته روبین آن‌ها برداشت اشتباهی از تحقیق او داشته‌اند. در تماس مجله کوانتا با چهار اخترشناس دیگر، آن‌ها اعلام کردند که مقاله جدید سرکار و همکارانش باعث تغییر در نظرات‌شان نشده است.

کسانی که از نظرشان این بحث‌ها درباره بررسی‌های داده‌ای سخت است باید به این نکته توجه داشته باشند که داده‌های ابرنواخترها با مدارک دیگری از شتاب‌گیری گیتی همخوانی دارند. در طول سال‌ها با استفاده از مدارکی همچون نوری باستانی به نام تابش زمینه کیهانی، نوسانات جرم گیتی با نام نوسانات صوتی باریونی، ظاهر تحریف شده کهکشان‌ها به دلیل جاذبه و تجمیع ماده در جهان به حضور انرژی تاریک پی برده‌ایم.

سرکار و همکارانش تحقیق خود را در مجموعه‌ای از تحقیقات ارائه داده‌اند که به بررسی اشتباه بودن برخی از فرض‌ها مانند یکنواخت بودن جهان می‌پردازد، می‌دانیم که جهان با وجود کهکشان‌ها و فضاهای خالی محیط یکنواختی نیست و به همین دلیل ادعا می‌کنند شاید ثابت‌هایی مانند لامبدا صحیح نباشند. روت دورر از دانشگاه ژنو می‌گوید آخرین مطالعات نشان می‌دهند که میزان تأثیرگذاری غیریکنواختی جهان در ثابتی مانند لامبدا بر خلاف ادعاها 1 یا 2 درصد نیست ولی از طرفی هم خلاص شدن از دست این ادعاها ناممکن است.