كيهان شناسي در هزاره نو

واضح آرشیو وب فارسی:سایت رسیک: مقدمه انجمن نجوم آماتوري ايران بعنوان مركزي قانونمند درزمينه برنامه هايي نجوم آماتوري طي ساليان اخير فعاليتهاي مطلوبي در اين بخش اين بخش داشته است كه از جمله به برگزار ي دوره هاي آموزشي رصد هاي خارج از شهر ، رصدهاي عمومي درپاركها و فرهنگسراها ، برگزاري همايش و نشستهاي نجوم آماتوري ، ساخت وراه اندازي مراكزنجومي همچون مركزاختر شناسي ابن صلاح همداني دراستان همدان و رصد خانه شهرك توحيد در استان بوشهرپرداخته وبا عضوگيري ، تهيه خبر نامه و گاهنامه و ارايه مقالات تخصصي درسايت اينترنتي انجمن و درهمكاري با رسانه هاي گروهي كشور ازجمله روزنامه مجلات علمي و صداو سيما ، سعي درگسترش دانش كهن و درعين حال جذاب اختر شناسي داشته است.مقاله اي كه تحت عنوان كيهان شناسي در هزاره نوارايه شده ازجمله تلاشهاي يكي ازاعضاي فعال انجمن به نام سركار خانم سيما قديرزاده است كه تا بحال دودوره آموزشي را درانجمن پشت سر گذارده اند و در رصدها ي تخصصي و فعاليتهاي گروهي زيادي در كنار ديگر اعضا و بالاخص گروه پژوهش انجمن بوده اند.لازم به ذكر است گروه پژوهش انجمن نجوم آماتوري ايران با تهيه وتدوين طرحهاي پژوهشي وتحقيقاتي دردو بخش كوتاه مدت وبلند مدت و سامان بخشيدن به مطالعات مختلف آماتورهاي كشور در اين زمينه ها مشغول به فعاليت است و علاقمندان مي توانند در ارتباط با اين گروه به پژوهشهاي مورد علاقه شان بپردازند .
كيهان شناسي در هزاره نو

ما اكنون در ميان انقلابي از دانسته هايمان پيرامون سر منشاء تكامل جهان هستيم. انقلابي كه هم ازنظريه هاي جديد وهم ازتكنولوژي پيشرفته تغذيه مي كند. تلسكوپهاي فضايي اي كه ازآن سوي طيف الكترومغناطيسي جهان را زير نظر دارند، تلسكوپهاي عظيم زميني، ابر رايانه ها وشتاب دهنده هاي ذرات اتمي وحتي تلسكوپهاي زيرزميني ، همگي نقش مهمي را در اين زمينه ايفا مي كنند .به مدد نظريه نسبيت عام انيشتن و فيزيك نوين ذرات، ميتوان با اطمينان بيشتري تاريخ كيهان را از زمان تركيب ذرات بنيادي،كه دريك ميكرو ثانيه بعداز پيدايش جهان به وجود آمدند، بررسي كرد. بعد از چند دهه تلاش وكوشش ما نتوانسته ايم ويژگي اساسي جهان خودمان را شناسايي كنيم .در توافق نظر جديد كه در يك دهه قبل به سختي قابل تصوربود ، بيشتركيهان شناسان عمرجهان را 7/13 ميلياردسال مي دانند و عقيده دارندكه تخت است ( يعني از هندسه اقليدسي تبعيت مي كند ، با خطوط موازي اي كه در بي نهايت هم موازي مي مانند وزواياي داخلي مثلث كه مجموعاً 180 درحه هستند.)نظرات جديدي كيهان شناسي تعدادي ازمشكلاتي راكه به مدت چند دههه مطرح بوده اند ، حل مي كنند . معروفترين اين معضلات اين بودكه جهان ، جوان تر از ستاره هايي كه درآن قراردارند به نظر مي آمد . برابري اندازه گيري هاي مستقل با مقاديركليدي مانند ثابت هابل نيز از موضوعات مهم كيهان شناسي هستند . بيشترماده كهكشان هيچ نوري ازخود منتشر نمي كند و برخلاف ماده كه براي ماآشناتروملموس تراست ، از نوترون وپروتن تشكيل نشده .به نظر مي آيد اين ماده سياه عجيب كه 30 درصدازكل جرم انرژي جهان را تشكيل مي دهد ،ازنوعي ذره بنيادي تشكيل شده كه كمي بعد ازانفجار بزرگ به وجود آمده است.حتي شگفت آورترازاين، دو سوم از جرم انرژي كيهان است كه ازانرژي تاريك اسرارآميزتشكيل شده، كه باعث سرعت يافتن گسترش جهان مي شود.

* ساختار انفجار بزرگ
اساس دريافت ذهني ما ازتكامل جهان ، مدل انفجار بزرگ است كه برپايه نظريه نسبيت عام انيشتن و رصدهاي ادوين هابل در موردگسترش جهان مطرح شد . اثر متقابل تئوري و رصد دراينجا اهميت خاصي دارد .درساختار نسبيت عام فضا و زمان مي توانند بپيچند ، خم شوند وكشيده شوند . بوسيله رصد نيز گسترش جهان به خوبي رؤيت شده البته اين گسترش به صورت به جلو برده شدن ماده است و نه پرتاب شدن آن درخلاء .علاوه براين، ميل به قرمز( redshif ) نورساطع شده ازكهكشانهاي دور دست ، با اثر دوپلر ،كه در اثرحركت در ميان فضا به وجود مي آيد توجيه نشده ، بلكه به عنوان نتيجه گسترش فضاكه باعث كشيدگي طول موج فوتونهاي راهي زمين مي شود،توضيح داده شده است.(پديد ميل به قرمزدراثركشيده شدن فوتونهاي رسيده به زمين ازيك كهكشان دوردست ظاهر مي شودكه باعث شكافته شدن خطوط جذبي درطيف كهكشان وتمايل آن به طيفهاي قرمزتر نورمرئي- درمقايسه با ستارگان كهكشان راه شيري مي شود.) ميل به قرمز يك كهكشان دوردست مستقيماً نشان مي دهد جهان از زماني كه نورآن كهكشان را ترك كرده است چفدر بزرگ تر شده .تفاوت اندازه برابر ميل به قرمز ( 2)+1 است .به طور مثال دورترين كوازار شناخته شده ميل به قرمزي برابر4/6 دارد . يعني حجمي ازفضا كه درزمان ترك نور از كوازار يك ميليون سال نوري پهنا داشته ، اكنون 4/7 ميليون سال نوري است! نظام انفجار بزرگ بسيار يا از ويژگيهاي اصلي جهان امروز را در خودجاي مي هد - البته همه آنها را توضيح نمي دهد- از جمله : تخت بودن فضا،امواج پس زمينه كيهاني ، وبرآمدگيهاي موجوددر ماده آغازين كه ساختارهاي بزرگ .آشكار امروزي راپديد آورده اند.در سال 1980 فيزيكداني به نام آلن اچ - گروت نظريه اي ارائه كردبه نام تورم** . بعدها ديگران نيز توضيحاتي به اين نظريه افزودند .اين تئوري كه نشات گرفته از فيزيك كاربردي ذرات است ، مهمترين ويژگيهاي جهان امروزراتوضيح مي دهد.درتئوري تورم قسمتهاي كوچك كيهان اوليه به طور تصاعدي گسترش پيدا كردند وقسمتي از فضاراكه ماامروزه مي بينيم ،صاف تر كردند.مانند وقتي كه بيشتر بادكردن يك بادكنك باعث مي شودقسمت كوچكي روي سطح آن صاف تر به نظر برسد. گفته مي شود دليل اصلي جريان يافتن اين گسترش انرژي پتانسيلي وابسته به انرژي فرضي است به نام inflaton اين انرژي پتانسيل inflatin است كه حرارت چشم گير انفجار بزرگ رافراهم كرده درحين پديدهinflaton نوسانات كوانتومي در مقياسهاي زير اتمي بوسيله گسترشي مهيب به اندازه هاي نجومي مي رسند اين بزرگتر شدن ها درساليان دراز بعدي به همراه گرانش رشد كردند ودر نهايت به پيدايش كهكشانها وخوشه هاي كهكشاني كنوني انجاميدند ازنظريه تورم مي توان سه نتيجه گيري كرد:1) فضا بايددرلبه مرئي آن صاف به نظر برسد.2) توزيع ماده در مقياسهاي نجومي بايد منشاكوانتومي داشته باشد.3) فضا رابايدپس زمينه اي ازامواج گرانشي فرا گرفته باشد،كه بوسيله نوسانات كوانتومي بعد از10 ثانيه به توان 32- از شروع جهان بوجود آمده اند .دوپيش بيني نخست اكنون با اندازه گيري هايي كه روي CMBR انجام مي شودديده شده اند.( وسومي نيزاحتمالاً درآينده اي نه چندان دوربااندازه گيري ها به اثبات خواهد رسيد.)اكنون به بحث درباره گسترش جهان مي پردازيم.

* گسترش جهان
در سال 1929 ادوين هابل و ميلتون هوماسون ، فاصله چند كهكشان نزديك را اندازه گيري كردند و رابطه ميان فاصله و سرعت عقب نشيني آنها را بدست آوردند( كه وقتي كهكشاني با سرعتي كمتر ازكسري از سرعت نور از ما دورمي شود، اين رابطه با ميل به قرمزآن متناسب است.) اين مؤلفه تناسب ، ثابت هابل نام دارد ( H 0) وسرعت گسترش جهان امروزرا اندازه گيري مي كند.تعيين دقيق فواصل كهكشاني به طرز شگفت آوري سخت است و پيچيدگيهاي زيادي مزاحم تلاش براي مشخص كردن H 0 مي شود.اكنون با استفاده از پيشرفتها و ابزار پيچيده و به مدد روش هاي متعدد و متفاوت اندازه گيري ، برمقداري براي ين ثبات اتفاق نظر شده . فواصل دقيق كهكشاني در مقياسهاي دوركه بوسيله بخشي از پروژه كليدي هابل ( hstkp ) بدست آمده است ، قسمتي از سرفصلهاي مدنظر آقاي فريدمن ( f reed man ) مدير اين پروژه را تشكيل مي دهد .با آشكار سازي و اندازه گيري ستاره هاي متغير ( Cepheid) در 24 كهكشان مارپيچي ، هابل محققان اين پروژه را قادر كردتا 5 روش تنظيم شده ، به عنوان دومين شاخص فاصله ، براي فواصل بيش از1 ميليارد سال نوري، بدست آوردند.چنين فواصلي به خوبي در مسير رصدي هابل قرار دارند. جايي كه اثر مخرب اجتماع كهكشانهاي پر جرم، همچون خوشه سنبله، تاثير محسوسي در اندازه گيري ها ندارند. آ· Comic microwave backqround radiation : CMBR Inflation ** باتركيب هرپنج تكنيك ، مقدار72كيلومتردرثانيه ، درمگاپارسك باخطايي حدود10 درصد براي ثابت هابل بدست آمد .درحاليكه پارامتر اندازه گرفته شده توسط خودهابل 550 كيلومتردرثانيه درمگا پارسك بود .ازآنجاكه اندازه جهان قابل رصد و سن آن ، هردوباثابت هابل رابطه عكس دارند.رشدي كه اين مقداراصلاح شده براي جهان قابل رؤيت نشان مي دهد هشت برابر گسترشي است كه فبلاً براي جهان اندازه گرفته شده بود.گروههاي نجومي ديگري هم با ثابت هابلي كه اين پروژه بدست آورد موافقت كردند.پس مي توان گفت يكي ازپارامترهاي مهم كيهان شناسي بالاخره تعيين شده است.

* سن جهان شتابدار ما
ثابت هابل مي تواند زماني كه ازانفجار بزرگ مي گذرد و اندازه قسمتي از جهان راكه براي ما قابل رؤيت است ، تعيين كند .مدت زماني كه از انفجار بزرگ مي گذرد ، به سرعت گسترش كنوني جهان ونيز سرعت گسترش آن درگذشته بستگي دارد.گرانش حاصل ازوجودماده رشديافتن جهان راكند مي كند- مانند توپي كه وقتي به آسمان پرتاب مي شودنيروي جاذبه زمين سرعتش راكم مي كند.دانشمندان چنددهه است كه براي يافتن اين شتاب منفي تلسكوپهايشان را به انتهاي محدوده جهان قابل رؤيت نشانه رفته اند.اين افراد اميدوارند با اندازه گرفتن ميزان كندشدن گسترش جهان ، سرنوشت آن را مشخص كنند.آيا اين كند شدن براي مع***** كردن گسترش ودر نتيجه جمع شدن دوباره جهان كافيست؟ نشانه هاي بدست آمده از رصدها و تئوريهاي نظري 5 سال اخير ،كيهان شناسان رابه اين تفكرسوق داده كه جهان از ماده اي با چگالي بحراني C ritical density تشكيل شده است . پارامتري كه ميتواندگسترش جهان را بدون اينكه جمع شدن دوباره اش را تسريع بخشد ، آهسته كند . اين نظريه يك تناقض بوجود مي آورد .سني كه با تركيب اندازه ثابت هابل و اينr s براي جهان تخمين زده مي شد 9 ميليارد سال بود ، درحاليكه پيرترين ستارگان دركهكشان راه شيري 13-14 ميليارد ساله اند! دردهه 1990 بابه كارگيري تركيبي ار تكنولوژي (دوربين هاي CCD 1000مگا پيكسلي) ويك شاخص دقيق در فاصله اي دور( ابرنواخترهاي نوع Ia) بالاخره شتاب منفي جهان اندازه گيري شد.اما اين به معني پيدا كردن اين شتاب منفي نبود! چراكه در سال1998 دوگروه به رهبري لارنس بروكلي و سالپرلماتد پي بردندكه نورابرنواخترهايي كه درفاصله چندين ميليارد سال نوري قرار دارند، كمتر از مقداري است كه براي جهاني باشتاب منفي وبا چگالي بحراني صدق مي كند.نتيجه تلويحي اين كشف غيرمنتظره اين بود: گسترش جهان در حقيقت درحال سرعت گرفتن است.با اينكه غباربين كهكشاني وتكامل ابرنواخترهم مي تواند باعث اين كاهش نورشود ،آزمايشات زيادي تاثير اين پارامترهارا برروي كم شدن نوراين ابرنواخترهاردكرده اند.ظاهراً جهان واقعاً درحال سرعت گرفتن است .تاوقتي كه قدرت جاذبه بامجموع چگالي ماده در جهان و فشاري كه از هر سانتيمتر مكعب به وجو د مي آيد نسبت مستقيم دارد،مي توان اين كشف رابانظريه انيشتن توجيه كرد.فشارمنفي عظيم موجوددرجهان(چيزي كه كيهان شناسان به آن خاصيت كشساني فضا-زمان مي گوند) مي تواند اثر دافعه گرانشي ايجادكند،كه اين براي سرعت بخشيدن به گسترش جهان كافي است. رصد ابرنواخترها مداركي مبني بر وجودماهيتي كشسان وعجيب بدست مي دهدكه آنرا انرژي تاريك ناميده اند.انرژي تاريك كه تايك دهه قبل ازطرف بيشتركيهان شناسان ردمي شد،اكنون به نظر مي رسدكه بيش از دوسوم ذخيره جرم انرژي كيهاني را تشكيل مي دهد.اين كشف شگفت آورباعث شدكه كيهان شناسان در تفكرشان درموردسرنوشت نهايي جهان تغييراتي دهند.اگرجهان تنها ازماده تشكيل شده بود،سرنوشت آن تنها ازروي انحناي فضايي آن قابل تشخيص دادن بود .يك جهان بسته *(كه داراي انحناي مثبت است)سرانجام جمع شده وفرو مي ريزد .در حاليكه يك جهان تخت يا باز* ( كه داراي انجناي منفي است) تا ابد به گسترش مي يابد.البته انرژي تاريك هردواحتمال گسترش ابدي وفروريزي نهايي -را براي جهان ظاهراً تخت ماپيش بيني مي كند. در اينجا هندسه جهان ديگر به پيش بيني سرانجام آن كمكي نمي كند .تا وقتي كه انرژي تاريك كاملاً شناخته شود، پايان كار جهان ما بلاتكليف خواهد ماند. گرچه اگر گسترش جهان تا30 ميلياردسال ديگربه سريعتر شدن خود ادامه دهد، آسمان ازكهكشان خالي خواهدشد(بجزچندكهكشان درخوشه كهكشاني سنبله).درحاليكه گرانش جاذبه اي ماده ي عمدتاً سياه جهان،گسترش آن را كند تر مي كند،گرانش دفعي (شتاب منفي) كه دراثرانرژي سياه بوجودآمده سعي درسرعت بخشيدن به آن را دارد .بنابراين اندازه گيري مقاديرانرژي وماده تاريك به ما اجازه مي دهد فيلم كيهاني راتا زمان بوجودآمدن آن عقب ببريم و زمان شروع آن رادريابيم .براي جهان مطلوب امروزي جهاني تخت با ثابت هابل 71 تا72 ونسبت ماده تاريك به انرژي سياه سه به هشت - زمان انفجار بزرگ حدود 5/13 ميليارد سال پيش است كه البته 10 درصد احتمال خطا براي آن در نظر گرفته مي شود. روش هاي ديگر اندازه گيري عمده جهان نيزاين رقم راتاييد مي كنند. بهترين اين روش ها، روشي است كه در آن عمر پيرترين ستارگان راه شيري كه درخوشه هاي كروي قرار دارند،اندازه گيري مي شود.مدلهاي اخير كامپيوتري عمري حدود5/12 ميليارد سال رابراي ستارگان موجوددراين خوشه ها تخمين مي زنند.(بازهم باخطاي ده درصد) پيدايش اين ستارگان قديمي بيشتر از يك ميليارد سال طول نكشيده است كه بااضافه كردن اين مقداربه عمرستارگان نتيجه اي با مطابقت دلخواه با عمر گسترش جهان بدست مي آيد.ازكرونومترهاي كيهاني ديگر مانند كتوله هاي سفيد و ايزوتوپ هاي راديواكتيو نيز نتايج مشابهي بدست آمده است.

* آرايش شبكه اي از ماده سياه ، با ستارگان
يكي از ويژگيهاي دورازانتظار جهان بدون شك اين واقعيت تامل برانگيز است كه ستارگان حدوديك درصد ازكل ذخيره جرم انرژي آن را تشكيل مي دهند.(وحتي كسري كمتر ازذخيره ماده آن را)درحاليكه يك چهارم كل جرم انرژي كيهاني را ماده تشكيل مي دهد.،بيشتر آن تاريك است ووجودش تنها از آثار گرانشي آن قابل دريافت است.ماهيت اين ماده تاريك هنوزناشناخته مانده،گرچه مامدارك محكمي داريم مبني براينكه قسمت اعظم اين ماده نمي تواند از پروتن ها ونوترونها ساخته شده باشد)اجزاي تشكيل دهنده هسته اتم كه جمعاً باريون ناميده مي شوند.( درحقيقت كيهان شناسان توانسته اند باوزن كردن كهكشانها وخوشه هاي كهكشاني شواهد محكمي براي اينگونه ناشناخته ماده فراهم كنند.امروزه ماده باريوني اشكال مختلفي به خود مي گيرد- ازابرهاي سازنده ستارگان گرفته تاسياهچاله ها .گرچه بررسي واكنشهاي هسته اي انفجار بزرگ ، به ما اجازه مي دهد شرح ومقدار نسبتاً دقيي از زمانهاي پيشين كه ساختار جهان ساده تر بودبدست آوريم.اماآمارگيري دقيق از موادباريوني در جهان امروزي هنوز نيمه تمام مانده است .مثلاً ميزان فراواني دوتريم ايزوتوپي ناپايدار وسنگين از هيدروژن كه تنها در انفجار بزرگ بوجود آمد به چگالي كلي ماده باريوني كيهاني بستگي دارد.با انداره گيري مقدار دوتريم درابرهاي گازي نخستين آ· Closed universe آ· falt or open uneverse و به مددنظريه واكن هسته اي انفجاربزرگ،كيهان شناسان نتيجه گرفته اندكه ماده معمولي تنها چهاردرصد ازچگالي بحراني را تشكيل مي دهد.كه البته اين ازمقدار ماده ا ي كه درستارگان ديده مي شود، بسيار كمتر است .اندازه گيري مقادير CMBR نيز نتايج مشابهي را نشان مي دهند. منجمان براين باورنددكه ماده عادي غير قابل رؤيت كه حدو سه چهارم محتواي كل ماده ي باريوني را تشكيل مي دهد، به وفور وبه صورت گاز گرم درميان كهكشانها قرار دارد.دركل مقدار ماده باريوني وغيرباريوني كه بيشتر آن نيز تاريك است هشت برابر بيشتر از ماده باريوني است. تصويري گرافيكي كه از حضور ماده تاريك تهيه شده ، از رصدهاي خوشه هاي كهكشاني اي كه در اثر گرانش ، نور كهكشان هاي دور دست تراز خودشان را منحرف وتشديدي مي كنند. بدست آمده است .منجمان همچنين توانسته اند مقادير چشمگيري از ماده غير قابل رؤيت رابااندازه گرفتن سرعت هاي ستارگان درميان كهكشانها وسرعت كهكشانها درميان خوشه هاي كهكشاني،شناسايي كنند.بدون وجود ماده ي تاريك غيرقابل رؤيت،اين اجرام پرسرعت بايد مدتها پيش متفرق مي شدند.همچنين اندازه گيري دماي گازميان خوشه هاكه چندميليون درجه دمادارند، اشعه ايكس ساطع مي كنند و بيشترماده معمولي ميان كهكشاني را تشكيل مي دهند،مي تواندعمق پتانسيل گرانشي بوجود آمده دراثر ماده ي تاريك راتعيين كند.بعلاوه مقدار گاز ميان يك خوشه كهكشاني رامي توان بوسيله انحراف كوچكي كه درتشعشع مايكروويوپس زمينه كيهاني( CMBR) بوجود مي آورد،بدست آورد.

* ساختار جهان در مقياس بزرگ
جهان امروزساختارهاي فراواني رادرخودجاي مي دهد،ازخوشه ها وابرخوشه ها گرفته تا پهنه ها، فضاهاي خالي ورشته هاي ماده موجود درخلاء . فن آوري لازم براي اين نقشه برداري بوسيله طيف نگارهاي جديدي تامين مي شود كه مي توانند ميل به قرمزصدها كهكشان رادرآن واحدتعيين كنند.عظيم ترين اين پروژه ها نقش2 dFGRS * است كه با درنظر گرفتن حدود 250 هزار ميل به قرمزرسم شده وهمچنين نقشه برداري S DSS** كه شمارميل به قرمزآن درحدود پروژه اول است اما قصددارد تا سال 2005 اين مقداررا به هفتصدهزار افزايش دهد.مااكنون مي دانيم كه نظامهاييبه بزرگي 300 ميليون سال نوري وجوددارندكه بزرگترين ساختارهاي جهان محسوب مي شوند. ساختارهايي كه بوسيله كهكشان ها رسم شده اندعلاوه برنشان دادن نحوه توزيع ماده تاريك،راهي غيرمستقيم براي بررسي اولين لحظات جهان فراهم مي كند. اين بررسي از تئوري جهان نخستين ***حاصل مي شود.اين تئوري شرايط شكل گيري اوليه ي ساختارها رامشخص مي كند.ماده تاريك سرد (كه بسيار آهسته تراز نورحركت مي كندوتنها دربرابر نيروهاي گرانشي عكس العمل نشان مي دهد ) وناهمگني هاي كوچك درتوزيع ، ( كه ازنوسانات كوانتومي درحين تورم به وجودمي آيند.) اين شرايط را تشكيل مي دهند . هنگامي كه جهان ده هزار ساله بود ، تشديد گرانش برآمدگيهاي كوچك درماده تاريك سردشروع شد .كه اين تشديدسرانجام به نظامهايي كه ماامروزه رصد مي كنيم انجاميد.كليه آزمودن رابطه ميان اين موقعيتهاي ابتدايي ونقشه كنوني كهكشانهاشبيه سازي هاي كامپيوترنيست.منجمان خواص جهان هايي را كه با توجه به پارامترهاي كيهان شناختي و موقعيتهاي آغازين متفاوت ، شبيه سازي شده اند محاسبه مي كنند وباآنچه دردنياي واقعي رصد مي شودمقايسه مي كنند.اين شبيه سازي ها باهم مغايرت دارندوباتوجه به پيش بيني هايي براي چند جها ن متفاوت انجام ميشوند. براي مثال براي جهاني كه تنها حاوي ماده تاريك داغ است * Two degree Field Galany Redshift Survey Sloan Digital Sky Survey ** Early universe theory *** (نوتونيوهايي *كه باسرعتي نزديك سرعت نور حركت مي كنند ) يا جهاني كه فقط از ماده معمولي ( باريوني) تشكيل شده ويا دنيايي با چگالي بحراني تحت تاثير ماده تاريك سرد. البته مدلهاي تخت شامل ماده تاريك سرد فراوان وحتي انرژي تاريك بيشتربه خوبي با ساختار مقياس بزرگ جهان كه امروزه نقشه برداري شده قابل مقايسه هستند .آزمايش ديگري كه براي بررسي تئوريهاي پيدايش جهان انجام مي شود از رصدآغاز پيدايش كهكشانهانتيجه مي شود . درمدل حاوي ماده تاريك سردساختارها به صورت سلسه مراتبي شكل مي گيرند . در اين سلسه مراتب كهكشانهاي آغازين درميل به قرمز 6يا7 ظاهر مي شوند وكهكشانهايي مانند راه شيري با ميل به قرمزدر حدود1يا2 سپس پيدايش كهكشانها با خوشه هايي درميل به قرمزيك ياكمتروابرخوشه هايي كه اخيراً به هم پيوسته اند ، ادامه پيدا مي كند.درحاليكه رصد قطعي كهكشانها ي اوليه درانتظار پرتاب تلسكوپ فضايي جيمزوب است ، اين زنجيره تكاملي بارصد قسمتي از جهان كه ميل به قرمز زيادي دارد مطابقت مي كند. كشف تشعشع مايكروويوكيهاني در سال 1964 بوسيله آرنوپنزياس* ورابرت ويلسون*** مسير كيهان شناسي راتغيير داد.اين پديده برداشت كلي اي به كيهان شناسي ارائه كرد.وقتي كه جهان 400 هزارساله و3/1 ميلياردبار چگالي ترازامروز بود.اين تابش باقيمانده از انفجار بزرگ ثابت مي كندكه جهان،آغازي داغ داشته است.كشفي كه درسال1992 توسط كاوشگر تشعشعات كيهاني ( COBE ****) صورت گرفت تقريباً به اهميت كشف وجود اين تشعشات بود.دماي CMBR (كه به طور متوسط 7/2 درجه بيشتر ازصفر مطلق است )درپهناي آسمان با تفاوت حدوداً 001/0 تغيير مي كند.اين عدم تقارن هاي كوچك مدارك محكمي براي ناهمگني هاي چگالي اي است،كه احتمالاً ساختارهاي امروزي جهان را شكل داده اند. وسيله به كار رفته در COBE كه تفاوتهاي كوچك دمايي را شناسايي كرد، تنها مي توانست پديده هايي راتفكيك كندكه در پهنه آسمان بيشتراز حدود 7 درجه پهنا داشتند- اجزايي معادل بزرگترين ساختارهاي قابل رؤيت درجهان امروز- . عدم تقارن هادرمقياس هاي زاويه اي كه باواحد دقيقه قوسي اندازه گيري شده اند ،اطلاعاتي در مورد نوسانات چگالي كه كهكشانها وخوشه هاي كهكشاني راپراكنده كرده اند، فراهم مي كنند.علاوه براين مي توان با مطالعه اين پديده وبررسي خصوصيات جهان نوزادبوسيله ابزارهايي باقدرت تفكيك بالاتر از COBE نظريه تورم رامورد آزمايش قرار دادوپارامترهاي كيهاني شناختي اي مانند تقعر جهان وچگالي ماده ي معمولي وتاريك را اندازه گيري كرد. نقاط داغ وسردآسمان نقشه برداري شده با مايكروويو علاوه براينكه به برآمدگي آغازيني كه امروزه بوسيله تورم منتقل شده بستگي دارند،بلكه با پارامترهاي مهمي از كيهان شناسي نيزرابطه دارند.پي بردن به اين حقيقت باعث بوجود آمدن جوش و خروش زيادي براي فعاليتهاي تجربي شده . بيش از بيست آزمايش زميني و هوايي از زمان COBE تا بحال براي بررسي CMBR صورت گرفته است.اين تلاشها به تجربه ماهواره اي ديگري انجاميد كه تاكنون سرتاسر آسمان مايكرويو راباقدرت تفكيك 30 برابر وحساسيت 100 برابر COBE نقشه برداري مي كند.اين پروژه كه فضا پيماي * نوعي ذره بنيادي باجرم بسياركم كه تصور مي شد قسمت اعظم ماده تاريك را شكل مي دهدواحتمالاً آن قسمت از نوترينوهايي كه در انفجار پديد آمدند1/0 تا5 درصد از چگالي بحراني را تشكيل مي دهند. Arno Penzias ** Robert Wilson *** Cesmic Baekground Explorer* *** پژوهشي مايكروويو WMAP * نام دارد ، اكنون بابه پايان رساندن اولين سال ماموريت چهارساله اش نقشه اي تماشايي از جهان نوزاد تهيه كرده ،شگفتي اي كه WMAP براي كيهان شناسان به ارمغان آورد اين بودكه هيچ چيز شگفت آور نبود! وبا محاسبات قبلي تطابق خوبي داشت ، هرچند معلوم شدپيدايش ستارگان زودتراز آنچه پيش بيني شده بود شروع شده تنها 200 ميليون سال بعد از انفجار بزرگ WMAP موقعيت جهاني كه قبلاً پيش بيني شده بود راتحكيم كرد.جهاني 5/13 ميليارد ساله شامل يك سوم تا يك دوم ماده وانرژي تاريك و4 درصد ماده معمولي (باريوني).اين پروژه همچنين مقداربدست آمده براي ثابت هابل توسط پروژه كليدي هابل( HSTKP)راتاييد مي كند. نتايج WMAP باايده كلي تورم سازگاري دارند ولي تورم نظريه اي با گونه هاي متعدد است وبادرست انگاشتن يكي از آنها ، دقت بي سابقه ي WMAP عصر جديدي را براي نظريه پردازان كيهان شناسي شروع مي كند.

* مرزهاي نوين
دراين دوران هيجان انگيز كيهان شناسي ، كشفيات جديد بابالابردن سطح آگاهي باعث پديد آمدن چند سري سئوال شده اند: ماده تاريك چيست؟ ماهيت انرژي تاريك اسرار آميز وگرانش دفعي آن چيست؟ چرا طرز كارجهان ماتااين حدپيچيده است؟ ودنيا چطور آغاز شد؟اين سئوالات درحين سادگي نشان مي دهندتكامل دانش مادرشناخت جهان به چه سطحي رسيده است.آخرين سئوال- دنيا چطور آغاز شد- ازآن دسته سئوالاتي است كه بشر براي چند هزار سال از خود پرسيده .باتوچه به متن نسبيت عام ، پاسخ ساده است: انفجار بزرگ تنها آفريننده ماده ، فضا وزمان است.بدون توضيح بيشتر.اين جواب البته قانع كننده نيست ودلايلي وجود دارند كه بپذيريم پاسخ عميق تري براي اين سئوال هست.نسبيت عام شرحي ناقص ازگرانش است چون شامل مكانيك هاي كوانتومي نمي شودوگرانش راباديگر نيروهاي بنيادي تلفيق نمي كند.بيشتر فيزيكدانان معتقدند نسبيت عام حرف آخررا درمورد گرانش نمي زندونظريه اي گسترده تر مي تواند شگفتيهايي مانند انفجار بزرگ را توضيح دهد:درحال حاضر نظريه ريسمان (كه به M -Theory نيز معروف است) باوجود ناقص بودن ومورد آزمايش قرار نگرفتن بهترين تفكر رادر مورد پيوند گرانش ، ديگر نيروهاي بنيادي ومكانيكهاي كوانتومي ارائه مي دهد.بااينكه نظريه تورم ريشه اي در نظريه ريسمان ندارد ، اما امكان دارد درآخر توضيح خودرا دراين نظريه بيابد.وهرچندتورم نظريه اي محكم است اما به آزمايشات عملي بيشتري نيازدارد.دونتيجه ازسه نتيجه اي كه اين نظريه پيش بيني مي كندتابه حال مراحل اوليه ي آزمايشات خورراپشت سرگذاشته اند ودرآينده به طور جدي تري اين آزمايشات پيگيري مي شوند.اين دو نتيجه عبارتنداز تخت بودن فضا وسرمنشاء كوانتومي ناهمگن بودن ماده ي موجود درجهان.پيش بيني سوم- وجودپس زمينه اي از امواج گرانشي نيز بوسيله آزمايشاتي پي گيري مي شودكه به دنبال رد قطبشي اندكي مي گردندكه امواج گرانشي مي توانندبروي CMBRايجاد كنند.نظريه ريسمان تاكنون توضيحي فيزيكي براي انرژي تاريك فراهم نكرده واين يك اشكال عمده است.هنوزسئوالات كيهان شناسي مهم ديگري نيزمطرحند. مثلاً چه زماني اولين ستاره ها شكا گرفتند؟كهكشانهاي منفرد چگونه تشكيل شدندوچطورتكامل مي يابند؟كي وكجا عناصر شيميايي اي كه بعداز عناصر موجود درانفجار بزرگ بودند (عناصر سنگين تري كه براي حيات ما مفيد هستند)پديد آمدند؟ قسمت عمده ماده معمولي جهان كجاست وآيا فقط شامل گاز داغ است؟ پاسخ به اين سئولات نيازمندرصدها ووسايل جديد وهمچنين مدلهاي جديد وپيچيده تري است كه مادرميانه دوران بزرگي از اكتشافات كيهان شناختي هستيم.اگر موفق شويم نظريه هايمان راباهركشف جديدي تطبيق دهيم،مي توانيم به جهشي بزرگ در دركمان از جهان وجاي خودمان درميان آن برسيم. Wilkinson Microwave Anisotropy Probe * توضيحات تصاوير: تصوير1- a ) در مدل انفجار بزرگ ، فضا گسترش پيدا مي كند و درحين اين گسترش كهكشانها را با خود حمل مي كند. كهكشانها به نقطه اي مشخص و يا به خلاء پرتاب نمي شوند . b ) يك فوتون يا ذره نور ،كه از كهكشانهاي دور دست مي آيد ( مانند وقتي كه ابر نو اختري اتفاق مي افتد ) با گسترش جهان كشيده مي شود.اگر فاصله كهكشان ميزبان تاكهكشان ما درطول مسافرت فوتون دو برابرشود،طول موج فوتون نيز دو برابر مي شود. تصوير 2- 1) نمودار ادوين هابل كه درسال 1929رسم شدوسرعت هاي دورشدن كهكشانهارا درمقابل فاصله هايشان كه تنها به چندميليون سال نوري اززمين مي رسد نشان مي دهد.اين نموداراشتبا هاً نشان مي دادكه جهان1يا2 ميلياردساله است. 2) اين عكس كه درسال 1923 گرفته شده جايي را نشان مي دهدكه هابل اولين ستاره متغير قيفاووسي در 31M (كهكشان آندرومدا) را شناسايي كرد.اين عكس با تلسكوپ بازتابي 100 اينچي دركوه ويلسون گرفته شده چون درآن زمان درخشش ذاتي ستارگان قيفاووسي شناخته شده بود.(هرچند به صورتي مبهم) هابل توانست ازاين كشف براي اندازه گيري فاصله 31 M استفاده كند.اين كشف همچنين راه را براي پي بردن به گسترش جهان هموار كرد. 3) وحالاâ€¦ تلسكوپ فضايي هابل ( SHT ) به فردمن( Freedman ) وگروهش اجازه داد قيفاووسي هاي متفاوت دركهكشانهايي با فاصله بيش از60 ميليون سال نوري بررسي كندواين نمونه ازنموداراثرگذارهابل رابدست آوردند. تصوير 3- اين دو نمودار نشان مي دهندكه فاكتور مقياس - منظور اندازه نسبي جهان است چگونه تكامل پيدا مي كرد. اگر طبق آنچه براي چند دهه فرض مي شد،ماده سياه برآرايش جهان حكمفرمايي مي كرد( آبي ) ويا اگر انرژي تاريك با نسبت بيش از 2 به 1 نسبت به ماده تاريك وجود مي داشت كه اكنون اينطور تصور مي شود (قرمز) جهان تحت تاثير انرژي سياه براي چند ميليار سال بيشتر از جهان تحت سلطه ماده تاريك كه شتابي منفي دارد، در حال گسترش پيدا كردن بوده واين ، زمان لازم را به ستارگان خوشه هاي ستاره اي مي دهد تا به سن تخمين زده ي كنوني برسند. تصوير 4- نمودار بالا ابر نواخترهاي نوع Ia را كه اخيراً در فاصله هاي چند ميليارد سال نوري رصد شده اند نشان مي دهد . درخشش ابرنواخترها كمتر از آن چيري است كه ازيك جهان حاوي ماده تاريك كه شتاب منفي سريعي دارد انتظار مي رود. اين پديده وجود انرژي تاريك ودر نتيجه عصر نهايي گسترش كنترل ناپذير را اثبات مي كند. تصوير 5- با محاسبه چگونگي تاثير ذرات ماده ي تاريك در سراسر زندگي 5/13 ميليارد ساله كيهان تحت تاثير انرژي تاريك ، گروهي از دانشكده ي اختر فيزيك شيكاگو تحت رهبري آنده كراوتسف ( Andrey Krawtsov ) فيلمي تهيه كرده اندكه آغاز وتكامل ساختاركيهاني را نشان مي دهد. ذرات ماده تاريك نشان داده شده در اين تصاوير مستقل از نيروهاي پيچيده اي مانند فشار وتشعشع هستند ونشان مي دهند كه هركدام ازذرات به آرامي و با زيادكردن كنتراست ميان مكانهاي چگال و رقيق ترتحت تاثير گرانش ديگري قرار مي گيرند وبه آن مي پيوندند. چيزي كه هنوز جاي بحث باقي مي گذارد اين است كه چطور ماده اتمي نيز عيناً همچنين ساختار نامرئي رادنبال مي كند.هر مكعب چگالي محاسبه شده ي ماده سياه موجود در فضايي به ابعاد 280 ميليون سال نوري را نشان مي دهد.

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: سایت رسیک]

[مشاهده در: www.ri3k.eu]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 521]