ما چیزهای زیادی درباره‌ی کیهان می‌دانیم، اما ستاره‌شناسان هنوز بر سر سرعت دقیق گسترش کیهان توافق ندارند. در واقع، در طول دو دهه گذشته، اندازه‌گیری آهنگ انبساط کیهان که به عنوان «ثابت هابل» شناخته می‌شود از طریق دو روش عمده به نتایج متفاوتی رسیده‌اند، که باعث شده برخی از کیهان‌شناسان به این فکر کنند که شاید چیزی در مدل کیهان‌شناسی ما درباره نحوه‌ی کارکرد جهان کم باشد. این تضاد بین مقدار ثابت هابل از طریق دو روش متفاوت به «تنش هابل» شهرت دارد.

اما اندازه‌گیری‌های جدید از تلسکوپ قدرتمند جیمز وب به نظر می‌رسد که نشان می‌دهد شاید در واقع هیچ تضادی وجود نداشته باشد و مسأله تنش هابل نیز دیگر مطرح نباشد.

در مقاله‌ای که به The Astrophysical Journal ارسال شده و در حال حاضر در سرور arXiv موجود است، وندی فریدمن، کیهان‌شناس دانشگاه شیکاگو، و همکارانش داده‌های جدیدی که توسط تلسکوپ قدرتمند جیمز وب ناسا جمع‌آوری شده را تحلیل کردند. آن‌ها فاصلهٔ ۱۰ کهکشان نزدیک را اندازه‌گیری کردند و مقدار جدیدی برای آهنگ گسترش کیهان در زمان حال به دست آوردند.

اندازه‌گیری آن‌ها، مقدار ۷۰ کیلومتر بر ثانیه بر مگاپارسک برای ثابت هابل را می‌دهد، که با روش عمده دیگر برای ثابت هابل هم‌پوشانی دارد.

به گفته وندی فردیمن، ستاره‌شناس مشهور و استاد اخترفیزیک در دانشگاه شیکاگو : «بر اساس این داده‌های جدید JWST و با استفاده از سه روش مستقل، ما شواهد قوی‌ای برای تنش هابل پیدا نکردیم.» وی افزود: «برعکس، به نظر می‌رسد که مدل استاندارد کیهان‌شناسی ما برای توضیح تکامل جهان همچنان معتبر است.»

تنش هابل چیست؟

ما از سال ۱۹۲۹ می‌دانیم که کیهان در حال گسترش است، زمانی که ادوین هابل، فارغ‌التحصیل دانشگاه شیکاگو (PhD در سال ۱۹۱۷)، اندازه‌گیری‌هایی از ستارگان انجام داد که نشان می‌داد کهکشان‌های دورتر نسبت به کهکشان‌های نزدیکتر با سرعت بیشتری از زمین دور می‌شوند. اما، مشخص کردن عدد دقیق برای سرعت گسترش کیهان در زمان حال، به‌طور شگفت‌انگیزی دشوار بوده است.

این عدد، که به عنوان ثابت هابل شناخته می‌شود، برای درک داستان گذشتهٔ جهان ضروری است. این یک بخش کلیدی از توصیف ما درباره نحوه تحول و شکل‌گیری کیهان در طول زمان است.

وندی فردیمن توضیح می‌دهد که: «تایید واقعی بودن تنش ثابت هابل پیامدهای قابل‌ توجهی برای هر دو حوزه‌ی فیزیک بنیادی و کیهان‌شناسی مدرن خواهد داشت.»

با توجه به اهمیت و همچنین دشواری این اندازه‌گیری‌ها، دانشمندان آنها را با روش‌های مختلف آزمایش می‌کنند تا مطمئن شوند که تا حد امکان دقیق هستند.

یک رویکرد اصلی، شامل بررسی نور باقی‌مانده از بعد از انفجار بزرگ است که به عنوان تابش ریزموج پس‌زمینه‌ی کیهانی شناخته می‌شود. بهترین تخمین فعلی از ثابت هابل با این روش، که بسیار دقیق است، ۶۷.۴ کیلومتر بر ثانیه بر مگاپارسک است.

روش اساسی دوم، که فریدمن در آن تخصص دارد، اندازه‌گیری مستقیم گسترش کهکشان‌ها در همسایگی ما با استفاده از ستارگانی است که درخشندگی آن‌ها شناخته شده است. همان‌طور که چراغ‌های ماشین در فاصله‌های دورتر کم‌نورتر به نظر می‌رسند، ستارگان نیز در فاصله‌های دورتر و دورتر، کم‌نورتر و کم‌نورتر می‌شوند. اندازه‌گیری فاصله‌ها و سرعتی که کهکشان‌ها از ما دور می‌شوند، به ما می‌گوید که جهان با چه سرعتی در حال گسترش است.

در گذشته، اندازه‌گیری‌ها با این روش عدد بالاتری برای ثابت هابل به دست داده‌اند، عددی نزدیک به ۷۴ کیلومتر بر ثانیه بر مگاپارسک.

اختلاف این عدد (۷۴) با عدد بدست آمده از روش مطالعه تابش پس‌زمینه کیهانی (۶۷) به قدری بزرگ است که برخی دانشمندان حدس می‌زنند که شاید چیزی مهم در مدل استاندارد کیهان‌شناسی نادیده گرفته شده باشد. برای مثال، از آن‌جایی که یک رویکرد به زمان‌های نخستین آغاز کیهان نگاه می‌کند و روش دیگر به دورهٔ کنونی، شاید چیزی بزرگ در کیهان در طول زمان تغییر کرده باشد. این عدم تطابق ظاهری به عنوان «تنش هابل» شناخته شده است.

تلسکوپ وب وارد صحنه می‌شود

تلسکوپ فضایی جیمز وب، یا JWST، به بشریت ابزاری قدرتمند برای مشاهده عمق فضا ارائه می‌دهد. این جانشینِ تلسکوپ هابل که در سال ۲۰۲۱ پرتاب شد، تصاویر فوق‌العاده واضحی گرفته است که جنبه‌های جدیدی از جهان‌های دور را آشکار کرده و داده‌های بی‌سابقه‌ای جمع‌آوری کرده، و پنجره‌های جدیدی به سوی کیهان گشوده است.

فریدمن و همکارانش از تلسکوپ جیمز وب برای انجام اندازه‌گیری‌های ۱۰ کهکشان نزدیک استفاده کردند که پایه‌ای برای اندازه‌گیری آهنگ گسترش جهان ارائه می‌دهند.

این گروه برای بررسی نتایج خود، از سه روش مستقل استفاده کردند. روش اول از نوعی ستاره به نام ستارهٔ متغیر قیفاووسی استفاده می‌کند که درخشندگی آن به‌ طور پیش‌بینی‌ شده‌ای در طول زمان تغییر می‌کند. روش دوم به نام «نوک شاخه‌ی غول سرخ» شناخته می‌شود و از این واقعیت استفاده می‌کند که ستارگان کم‌جرم به یک حد بالای ثابت درخشندگی می‌رسند.

روش سوم و جدیدترین روش، از نوعی از ستاره‌ها به نام ستارگان کربنی استفاده می‌کند که در طیف نور نزدیک به فروسرخ، رنگ‌ها و درخشندگی‌های ثابتی دارند. تحلیل جدید اولین تحلیلی است که از هر سه روش به ‌طور همزمان، در همان کهکشان‌ها استفاده می‌کند.

در هر مورد، مقادیر در محدودهٔ خطای روش تابش پس‌زمینه‌ی کیهانی یعنی ۶۷.۴ کیلومتر بر ثانیه بر مگاپارسک قرار داشتند.

فریدمن معتقد است: «دستیابی به توافق خوب از سه نوع ستاره‌ی کاملاً متفاوت، برای ما نشانه‌ی قوی‌ای است که در مسیر درستی قرار داریم.»

بری مادوره نویسنده همکار این مقاله از موسسهٔ کارنگی و استاد مدعو در دانشگاه شیکاگو افزود: «مشاهدات آینده با JWST برای تایید یا رد تنش هابل و ارزیابی پیامدهای آن برای کیهان‌شناسی بسیار حیاتی خواهد بود.»

نویسنده خبر: حسین مصحفی

تاریخ خبر: ۱۴ آگوست ۲۰۲۴

منابع: Phys.org

The University of Chicago