تاریخ انتشار: سه شنبه, 12 مرداد 1400 ساعت 10:16

دیدن لحظه "واقعی" مهبانگ و آغاز جهان به کمک امواج گرانشی!

آغازین‌ترین و مهم‌ترین رویداد تاریخ کیهان سیلی از موج‌های گرانشی -چین و شکن‌های ریز در بافت فضازمان- را آزاد کرد.  

اکنون پژوهشی تازه نشان می‌دهد که چگونه ردیابی این موج‌های گرانشیِ بُن‌آغازین (primordial) در آینده می‌تواند کارکردهای درونیِ یک فرآیند به نام "بازگرمایش" را آشکار کند، فرآیندی که شاید سرآغازِ مهبانگِ "واقعی" بوده باشد [مهبانگ: انفجار بزرگ، بیگ بنگ].

اخترشناسان دقیقا مطمئن نیستند هنگامی که سن کیهان کمتر از یک ثانیه بود چه رخ داده، ولی می‌دانند که هر چه بوده چشمگیر و آنچنانی بوده.

مشاهدات کیهان‌شناختی نشان می‌دهد که کیهان بر پایه‌ی تصویر استانداردِ مهبانگ و سنِ شناخته شده‌ی کیهان، در مقیاس‌های بسیار بزرگ بسیار یکدست و یکنواخت است. مناطقِ دور از همِ کیهان با وجودِ جداییِ چند میلیارد سال نوری از هم، دمای تقریبا یکسانی دارند. [ولی] در تاریخ کیهان زمان کافی برای دادوستدِ (تبادلِ) گرما میان این مناطق وجود نداشته است.

کیهان‌شناسان برای توضیحِ این مشاهدات بر این گمانند که در زمانی بسیار دور، این منطقه‌های دور از همِ کیهان بسیار به هم نزدیک‌تر بوده‌اند، به گونه‌ای که تا پیش از آن که از هم جدا شوند توانسته بودند به دمای مشترک برسند. کیهان‌شناسان برای این جدا شدن رویدادی به نام "پَندام" یا تورم را نظریه‌پردازی کرده‌اند.

پیش از پندام، کیهان بسیار کوچک بود و دماها و چگالی‌ها هم برابر و یکسان. ولی سپس پندام رخ داد و در اندک زمانی همه چیز را از همه‌ی چیزهای دیگر جدا و دور کرد، همین توضیحی‌ست بر این که چرا بخش‌های بسیار دور از همِ کیهان تقریبا یکسان به نظر می‌رسند.

پندام در زمانی بسیار زودتر از آن که ۱ ثانیه از عمر کیهان بگذرد رخ داد و خود این رویداد هم کمتر از یک میلیاردمِ یک میلیاردمِ یک میلیاردمِ ثانیه به درازا کشید. ولی در همین بازه‌ی زمانیِ بی‌اندازه کوتاه، کیهان میلیاردها میلیاردها میلیاردها برابر (شاید چند میلیاردهای دیگر هم بخواهد) بزرگ‌تر از پیش شد.

اخترشناسان نشانه‌هایی از پندام را در الگوی ویژه‌ی نوری که در زمینه‌ی ریزموج کیهان (تابشِ به جا مانده از زمانی که کیهان تنها ۳۸۰ هزارساله بود) دیده می‌شود شناسایی کرده‌اند. ولی در ورای آن، اخترشناسان درست نمی‌دانند چه چیزی پندام را به راه انداخت و چه چیزی آن را ادامه داد و کِی بازایستاد.

کمی گرما
یکی از بزرگ‌ترین چیستان‌ها در کیهان‌شناسی نوین اینست که در پایان دوران پندام چه رخ داد. می‌بینید که این فرآیندِ پندام (هر چه که هست) کارش در یکدست‌سازی چیزها، بزرگ کردن چیزها و پایین آوردن دمای همه چیز بسیار خوب بوده. بنابراین اندکی پس از پایان پندام، کیهان بزرگ، خنک و تهی بود- این قطعا شرایطی نیست که ما در روزگار آغازین کیهان می‌بینیم.

اندکی پس از پندام، کیهان انباشته از سوپ داغ و آتشینی از ذرات بود. کیهان‌شناسان فکر می‌کنند برای پیش آمدن چنین چیزی، هر چه که پندام را را به راه انداخته بود واپاشید، انرژی آزاد کرد و کیهان (که اکنون بسیار بزرگ‌تر شده) را با سیلی از ذراتی که اکنون می‌شناسیم و دوستشان داریم دوباره گرم کرد [انرژیِ آزادشده و پندام به ذرات تبدیل شد-م].

کاملا منصفانه است که این فرآیندِ بازگرمایش (reheating) را مهبانگِ "راستین" بخوانیم- سازوکاری که کیهانِ رو به گسترش با آن پر از ذرات و تابش‌ها شد.

دیدنِ این فرآیندِ بازگرمایش و خودِ پندام به گونه‌ای باورنکردنی دشوار است. چرا که هنگامی که کیهان جوان‌تر از ۳۸۰ هزار سالگی بود، پلاسمایی و مات بود. و ما نمی‌توانیم چیزی در ورای این گذشته را ببینیم- دستکم با "نور" نمی‌توانیم.

حس حرکت زمین
ولی فرآیندهای پندام و بازگرمایش تنها انرژی و تابش را به کیهان سرازیر نکردند؛ آنها میزان هنگفتی از موج‌های گرانشی هم آزاد کردند. موج‌های گرانشی چین و شکن‌هایی در بافت فضازمانند که با سرعت نور جابجا می‌شوند. همین اکنون، موج‌های گرانشی دارند از سرچشمه‌های گوناگون، از ادغام سیاهچاله‌ها و انفجارهای ابرنواختری گرفته تا همه گونه پدیده‌های پُرانرژی و پُرچگالی کیهان، از درون ما می‌گذرند.

یکی از گونه‌های موج‌های گرانشی که اکنون از ما می‌گذرند موج‌های گرانشیِ به جا مانده از پندام و بازگرمایش هستند. این فرآیندها به اندازه‌ای انرژی پدید آوردند که می‌توانستند خود فضازمان را بلرزانند، و آن موج‌های گرانشی -که موج‌های گرانشیِ "بن‌آغازین" خوانده می‌شوند- هنوز دارند کیهان را درمی‌نوردند و در آن چین می‌اندازند.

سال‌هاست که اخترشناسان سرگرم بررسی سیگنال‌های موج گرانشیِ احتمالیِ آزاد شده در پندام هستند. ولی این پژوهش تازه، که برای انتشار در نشریه‌ی برخطِ arXiv فرستاده شده، نگاه دقیق‌تری به فرآیند بازگرمایش در پایانِ پندام انداخته است. این پژوهشگران دریافته‌اند که مدل‌های گوناگونِ بازگرمایش به شناسه‌های بسیار متمایز و احتمالا شناسایی‌پذیر در موج‌های گرانشیِ بن‌آغازین می‌انجامد.

برای نمونه، ما نمی‌دانیم فرآیند بازگرمایش آهسته و آرام بوده یا ناگهانی. هر یک از این دو سناریوی پنداشتی به شناسه‌های بسیار متفاوتی در موج‌های گرانشی می‌انجامند.

بسامدِ این موج‌های گرانشیِ بن‌آغازین بسیار کمتر از آنست که با آشکارسازهای کنونی، مانند رصدخانه‌ی تداخل‌سنج لیزری موج گرانشی (لایگو) در آمریکا و تداخل‌سنج ویرگو در اروپا ردیابی شوند. ولی رصدخانه‌های فضایی آینده مانند آنتن فضایی تداخل‌سنج لیزری و رصدگر مهبانگ، هر دو از پروژه‌های پیشنهادی سازمان فضایی اروپا، به گونه‌ی ویژه برای شکار موج‌های گرانشی بن‌آغازین طراحی خواهند شد.

دیدنِ مستقیمِ این موج‌های گرانشی بن‌آغازین شواهدی استوار را برای فرآیند پندام فراهم خواهد کرد و به ما کمک خواهد کرد تا فیزیکِ درگیر در آن را بشناسیم. و بر پایه‌ی این پژوهش تازه، نشانه‌هایی را هم درباره‌ی بازگرمایش، پایان پندام و فیزیک دقیقی که کیهانِ آشنای امروزیِ ما را پدید آورد دریافت خواهیم کرد.

425 نمایش

نوشتن دیدگاه