نجوم وفضا

بهترین نقشه موجود از تابش زمینه کیهانی، بر اساس داده‌های ماهواره پلانک، دیدگاه ما را درباره جهان اولیه و مدل تورمی تایید می‌کند؛ اگرچه کماکان چند ناهنجاری عجیب و غیرعادی را نیز باقی می‌گذارد.

«جهان تقریبا بی‌نقص است، 80 میلیون سال از آنچه ما فکر می‌کردیم پیرتر است، و شاید اندکی هم شریرانه‌تر باشد.» این نتیجه ماموریت 4 ساله ماهواره پلانک ( متعلق به آژانس فضایی اروپا ESA) است که دقیق‌ترین نقشه با بالاترین تفکیک ممکن را از کل تابش زمینه کیهانی تهیه کرده است.
به گزارش نیوساینتیست، این نقشه در دنیای نجوم اهمیت زیادی دارد. جرج افستاتیو در کنفرانس خبری دفتر مرکزی اسا در پاریس گفت: «شاید شبیه به یک توپ راگبی کثیف یا تابلویی پست مدرن به نظر رسد، اما می‌توانم به شما اطمینان دهم که کیهان‌شناسان حاضرند برای اینکه نسخه‌ای از این نقشه را داشته باشند، رایانه‌های ما را هک کنند یا حتی بچه‌هایشان را بفروشند!»
اگرچه نقشه پلانک درک کیهان‌شناسان از عالم را به شدت بهبود بخشیده، اما رازهای قدیمی را درباره الگوهای غیرعادی تابش زمینه کیهانی حل نکرده است. این معماها شامل یک «جهت برگزیده (ترجیحی)» است که در امتداد آن دمای نور تغییر می‌کند؛ جهتی که در عالم کیهان‌شناسی به «محور شرارت» شهرت دارد. همچنین نقطه سرد غیرقابل توضیحی در این میان وجود دارد که می‌تواند شاهدی بر وجود دنیاهایی ورای دنیای ما باشد.

سفر مجازی
هدف پلانک جستجوی تغییرات دمایی تابش زمینه کیهانی بوده است؛ نخستین تابش منتشرشده در عالم که در لحظه پدیدار شدنش در 380هزار سال پس از مهبانگ حدود 3000 درجه کلوین بود، اما اکنون به شدت سرد شده و به طور متوسط دمایی حدود 2.7 کلوین بالای صفر مطلق دارد.
کیهان‌شناسان تصور می‌کنند که این تغییرات دمایی ناشی از نوسانات ریز کوانتومی در لحظات اولیه جهان است که طی دوره کوتاه انبساط عظیم اولیه که به تورم (Inflation) مشهور است، در مقایسی وسیع پخش شده است. این حادثه ^34- 10ثانیه پس از مهبانگ (ده میلیون میلیارد میلیارد میلیارد بار کوچک‌تر از یک ثانیه) رخ داده و طی ^32-10 ثانیه جهان را به اندازه 10³⁰ مرتبه بزرگ‎تر کرده و توزیع ستارگان و کهکشان‌ها را به صورتی که امروزه ما مشاهده می‌کنیم شکل داده است. تابش زمینه کیهانی به کیهان‌شناسان امکان می‌دهد تا این مرحله اولیه را کاوش کنند و به گفته مدیرکل اسا، ژان ژاک دورداین، آنها را به «سفری مجازی به سرمنشاء جهان» می‌برد.
با تحلیل مشخصات آماری نقشه، کیهان‌شناسان می‌توانند بهترین مدل‌های موجود برای تورم را با جهانی که ما امروزه می‌بینیم مقایسه کنند. نتایج پر کیفیت پلانک مطابقت بسیار بالایی با نظریه کیهان‌شناختی نشان می‌دهد. افستاتیو می‌گوید: «نتیجه‌گیری کلی این است که کیهان‌شناسی استاندارد مطابقت بسیار خوبی با داده‌های پلانک دارد. اگر من نظریه‌پرداز تورمی بودم، از این حادثه به شدت خرسند می‌شدم.»
با این وجود، کار کیهان‌شناسان در اینجا تمام نمی‌شود چرا که نقشه پلانک وجود یک امتداد مرموز را در جهان تایید کرده است. «محور شرارت» توسط کاوشگر پیش از پلانک، کاوشگر ناهمسانگردی ریزموج ویلکینوسن (WMAP) نیز شناسایی شده بود. برای مشاهده نقشه تابش زمینه کیهانی در ابعاد بزرگ‌تر، اینجا را کلیک کنید.

بر اساس مدل‌های کیهان‌شناسی، الگوی تغییرات گرم و سرد در تابش زمینه کیهانی باید به صورت تصادفی توزیع شده باشد. هنگامی‌که تکه‌های کوچک جهان را با هم مقایسه می‌کنیم همین طور است، اما در بزرگ‌ مقیاس پلانک نشان می‌دهد که نیمی از جهان تغییرات بزرگ‌تری نسبت به نیمه دیگر دارد. در مقایسه با دبلیومپ، آشکارسازهای پلانک 10 مرتبه حساس‌ترند و تفکیک زاویه‌ای 2.5 برابر دبلیومپ را دارند که نگاه بهتری را از این امتداد در اختیار کیهان‌شناسان قرار می‌دهد. افستاتیو می‌گوید: «ما می‌توانیم کاملا مطمئن باشیم که این ناهنجاری‌ها نه در اثر تابش‌های کهکشانی و نه در اثر خطاهای ابزاری ایجاد نشده‌اند؛ چرا که هر دو ابزار ما عارضه‌های بسیار مشابهی را رویت کرده‌اند.»
 

جهان کوفته شده
نتایج پلانک همچنین وجود یک نقطه سرد غیرقابل توضیح را در تابش زمینه کیهانی تایید می‌کند؛ نقطه‌ای که برخی از کیهان‌شناسان آن را نشانه‌ای بر وجود جهان‌هایی به غیر از جهان ما می‌دانند. یکی از مدل‌های موجود برای تورم، موسوم به تورم بی‌پایان(Eternal Inflation)، بیان می‌کند که دوره تورمی که دنیای ما بلافاصله پس از مهبانگ آن را تجربه کرد، تنها یکی از بی‌شمار دوره‌های تورم است که در قسمت‌های مختلف فضا اتفاق می‌افتد و هنوز هم ادامه دارد. هم‌زمان با توقف تورم در بخشی از فضا، بخش دیگری از آن شاهد تورم خواهد بود. در این حالت جهان‌های جدید به طور پیوسته در یک گستره وسیع و رو به رشد فضا-زمان به وجود می‌آیند؛ همان‌طور که یک حباب پس از تولید شدن به سرعت فضای اطراف خود را با خصوصیات فیزیکی‌اش پر می‌کند. تورم بی‌پایان همان‌گونه که از نام آن نیز بر می‌آید، بینهایت بار اتفاق می‌افتد و بینهایت دنیا را به وجود می‌آورد که منجر به خلق چندجهانی و جهان‌های موازی می‌شود. انبساط عالم ممکن باعث شود که یکی دیگر از این جهان‌ها با ما برخورد کند، و باعث ایجاد «کوفتگی» شود که در نقشه آسمان به شکل نقطه‌ای سرد خود را نشان می‌دهد.
اکنون که کیهان‌شناسان منبع جدیدی از اطلاعات در اختیار دارند، بدون شک این ناهنجاری‌ها برای سالیان درازی محل بحث و جدل خواهند بود. دانشمندان پروژه پلانک پیش از این از اندازه‌گیری‌های خود برای بهبود نرخ انبساط عالم استفاده کرده‌اند؛ انبساطی که توسط پارامتری به نام «ثابت هابل» توصیف می‌شود. مقدار جدید این ثابت که 67.15 کیلومتر بر ثانیه بر مگاپارسک است، به این معناست که کهکشانی که حدودا یک میلیون سال نوری از ما فاصله دارد، با سرعت 20.59 کیلومتر بر ثانیه از ما دور می‌شود؛ عددی که از مقدار فعلی (70 کیلومتر بر ثانیه بر مگاپارسک) کمتر است. این نتیجه از سوی دیگر عمر جهان را حدود 13.82 میلیارد سال به دست می‌آورد، که حدود 80 میلیون سال پیرتر از چیزی است که پیش از این تصور می‌شد.
 

نتایج پلانک همچنین سهم نسبی ماده معمولی، ماده تاریک و انرژی تاریک را که گمان می‌شود کل کیهان را شکل می‌دهند تغییر می‌دهد. بر اساس این نتایج، جهان به میزان اندکی بیشتر از ماده معمولی و ماده تاریک تشکیل شده است، و سهم انرژی تاریک آن از چیزی که قبلا گمان می‌شد اندکی کمتر است.
 

سه یا چهار؟
مشاهده‌ای که باعث ناامیدی بسیاری از فیزک‌دانان ذرات شد، عدم وجود مدرکی دال بر وجود گونه چهارم نوترینو بود. در حال حاضر ما می‌دانیم که سه گونه از این ذرات شبح‌وار وجود دارند که به سختی با ماده معمولی اندرکنش می‌کنند. اندازه‌گیری‌های دبلیومپ امکان وجود سه یا چهار گونه نوترینو را فراهم می‌ساخت، اما داده‌های دقیق‌تر پلانک تعداد آنها را در عدد سه تثبیت می‌کند.
آشکارسازی‌های کاوشگر پلانک هنوز به پایان نرسیده است. نتایج فعلی بر اساس نقشه‌برداری‌های 15.5 ماه نخست فعالیت کاوشگر هستند، و هنوز به همین میزان داده برای تجزیه و تحلیل باقی مانده است. همچنین آژانس فضایی اروپا هنوز باید اطلاعات مربوط به قطبیدگی تابش زمینه کیهانی را منتشر کند، که می‌تواند چشم‌اندازی اضافی از الگوی کیهان را فراهم سازد.