یکی از پایههای اساسی کیهانشناسی مدرن ممکن است در حال لرزیدن باشد. مطالعهای که در Nature منتشر شده است، شواهدی ارائه میدهد که نشان میدهد جهان در بزرگترین مقیاسهای قابل مشاهده ممکن است در همه جهات یکسان رفتار نکند. این یافته میتواند درک ما از ساختار کیهان را دگرگون کند.
جهان باید چگونه به نظر برسد؟
فرانچسکو سیلوس لابینی، مدیر تحقیقات فیزیک در مرکز تحقیقات انریکو فرمی ایتالیا و نویسنده اصلی این مطالعه، برای توضیح یافته خود از یک تشبیه ساده استفاده میکند: «نقشهای از جهان را تصور کنید که در آن هر کهکشان با یک نقطه نشان داده شده است. اگر جهان واقعاً در بزرگترین مقیاسها یکنواخت شود، باید نقطهای فرا برسد که در آن نقشه اساساً در همه جهات یکسان به نظر برسد. مانند یک عکس که از فاصله زیادی مشاهده شود، جزئیات آن به تدریج محو میشوند تا زمانی که فقط یک پسزمینه تقریباً یکنواخت باقی بماند.» اما این چیزی نیست که سیلوس و همکارش مارکو گالوپو یافتند.
یافتهای شگفتانگیز: شبکههای غولپیکر کهکشانی
سیلوس میگوید: «آنچه ما یافتیم شبکهای از رشتهها و دیوارهای عظیم از کهکشانها است که در سراسر میلیاردها سال نوری همتراز و به هم پیوسته باقی میمانند.» این بدان معناست که سازماندهی این شبکههای کیهانی عظیم با بررسی مناطق بزرگتر از جهان ناپدید نمیشود. به جای محو شدن تدریجی در یک پسزمینه بیویژگی، بزرگترین ساختارهای جهان الگوهای قابل تشخیصی را حتی در مقیاسهایی که طبق مدل کیهانشناسی استاندارد دیگر نباید قابل تشخیص باشند، حفظ میکنند.
«این ایده که جهان در مقیاسهای به اندازه کافی بزرگ از نظر آماری یکنواخت میشود، همان چیزی است که به ما امکان میدهد آن را با استفاده از مدلهای ریاضی نسبتاً ساده توصیف کنیم،» سیلوس توضیح میدهد. با این حال، مشاهدات آنها نشان میدهد که جهان واقعی ممکن است ساختارمندتر و به صورت جهتی سازمانیافتهتر از آنچه این تصویر فرض میکند، باقی بماند.
یک الگوی پایدار، نه یک پیکان کیهانی
محققان تأکید میکنند که این یافته نیاز به یک شرط مهم دارد. این به معنای وجود یک محور یا جهت ترجیحی واحد برای کل جهان نیست. سیلوس میگوید: «ما ادعا نمیکنیم که کل جهان یک جهت ترجیحی دارد، گویی که یک پیکان کیهانی در فضا وجود دارد. آنچه یافتیم بسیار ظریفتر است.» در عوض، تیم الگوهای منسجمی را در توزیع کهکشانها تشخیص داد که در فواصل فوقالعاده زیاد ادامه دارند.
با افزایش حجم جهان تحت مشاهده، کهکشانها باید سرانجام از یک پسزمینه یکنواخت قابل تشخیص نباشند، بسیار شبیه عکس تار در تشبیه قبلی. اما سیلوس تأکید میکند: «در عوض، با گسترش میدان دید خود، ساختارهای منسجم جدیدی همچنان ظاهر میشوند. به جای همگرایی به سوی یکنواختی، شبکه کیهانی در مقیاسهای به تدریج بزرگتر سازمانیافته باقی میماند.»
دو دهه تحقیق و یک روش آماری جدید
این نتیجه حاصل بیش از دو دهه تحقیق است. از اوایل دهه ۲۰۰۰، سیلوس به دنبال پاسخی برای سؤالی بوده است که به ندرت به طور مستقیم آزمایش میشود: ما چگونه واقعاً میدانیم که جهان در مقیاسهای به اندازه کافی بزرگ همگن و همسانگرد میشود؟ (یک محیط همسانگرد خواص فیزیکی یکسانی در همه جهات دارد). با گسترش فهرستهای کهکشانی در طول سالها، اخترشناسان همچنین شروع به کشف ساختارهایی بسیار بزرگتر از آنچه قبلاً ممکن بود، کردند. این مطالعه آخرین گام در این خط تحقیقاتی است و یک روش آماری جدید برای اندازهگیری ساختار بزرگمقیاس جهان معرفی میکند.
برای آزمون فرضیه خود، محققان موقعیت تقریباً ۴۷ میلیون کهکشان را که توسط ابزار طیفسنجی انرژی تاریک (DESI) مشاهده شده است، تجزیه و تحلیل کردند که حدود ۱۱ میلیارد سال از تاریخ کیهانی را در بر میگیرد. آنها به جای جستجوی ساده یک جهت ترجیحی، یک تکنیک آماری جدید توسعه دادند که میتواند تعیین کند آیا جهتگیری میلیونها جفت کهکشان حتی در مقیاسهای نزدیک به یک گیگاپارسک - حدود ۳.۲۶ میلیارد سال نوری - الگوهای منسجمی را حفظ میکنند یا خیر.
آیا یکنواختی کیهان زیر سؤال رفته است؟
اگر مشاهدات آینده این نتایج را تأیید کنند، کیهانشناسان ممکن است نیاز به بازنگری در مورد چگونگی ظهور واقعی یکنواختی در مقیاس بزرگ و اینکه آیا مدلهای فعلی ماده تاریک، گرانش و تشکیل ساختار به طور کامل تکامل جهان را توصیف میکنند، داشته باشند. با این حال، قبل از هر ادعایی در مورد یک انقلاب علمی، یافتهها باید به طور مستقل با استفاده از مجموعه دادههای بزرگتر، هم با روششناسی نویسندگان و هم با رویکردهای جایگزین، تکرار شوند.
سیلوس میگوید: «در نهایت، سؤال این نیست که آیا مقاله ما درست است یا غلط. سؤال این است که آیا طبیعت چیز جدیدی درباره جهان در بزرگترین مقیاسها به ما میگوید. اگر مطالعات آینده یافتههای ما را تأیید کنند، به سوی درک کاملتری از ساختار کیهانی اشاره خواهند کرد.»
