سرانجام کار تلسکوپ پلانک با تهیه‌ نقشه نهایی از جهان اولیه

مرداد, ۱۳۹۷ بدون نظر نجوم و فضا

  سرانجام کار تلسکوپ پلانک با تهیه‌ نقشه نهایی از جهان اولیه

یک عصر تحول‌برانگیز در علم کیهان‌شناسی با انجام آخرین نقشه‌‌برداری‌های  تلسکوپ پلانک از جهان اولیه به پایان رسید.

با به پایان رسیدن ماموریت پلانک، پژهشگران در حال حرکت به سمت پروژه‌های کوچکتری هستند که جنبه‌های مختلف تابش پس‌زمینه‌ی مایکروویو کیهانی مطالعه می‌کند. پلانک سومین و آخرین تلسکوپ فضایی بزرگی بود که برای مطالعه‌ی تابش‌های پس‌زمینه‌ی مایکروویو کیهانی (CMB)، (پس‌تاب‌های ضعیف بیگ بنگ) اختصاص یافته بود و نتیجه‌ی کار آن، اندازه‌گیری‌های دقیق‌تر از سن، هندسه و ترکیب کیهان بود. در حالی‌که آژانس‌های اروپایی و آمریکایی در تامین بودجه‌ی این ماموریت فضایی دچار تردید شده‌اند، به نظر می‌رسد که پلانک آخرین تلسکوپ فضایی باشد که برای مطالعه‌ی CMB در نظر گرفته شده‌است؛ وضعیتی که تغییر بزرگی برای کیهان‌شناسان به حساب می‌آید. جان تائوبر دانشمند پروژه در ایسا گفت:

نسل جوانی از دانشمندان وجود دارند که همراه با پلانک بزرگ شده‌اند.

نمایش تابش پس زمینه ماکروویو کیهانی

یک نقشه از تابش پس زمینه‌ی مایکروویو کیهانی و قطبش آن که توسط ماهواره‌ی پلانک اندازه‌گیری شده است

پژوهشگران برای بیش از دو دهه، طی آزمایش‌های زمینی و بالونی و نیز سه تلسکوپ فضایی بزرگ CMB را مورد بررسی قرار داده‌اند. هدف اصلی تهیه‌ی نمودارهای جهانی بر اساس نقشه‌یابی دقیقه‌ای تغییرات در دمای CMBها بود؛ نمودارهایی که به‌عنوان استانداردهای طلایی کیهان‌شناسی در نظر گرفته شوند.

پلانک با جمع‌آوری داده‌های مربوط به سال‌های ۲۰۰۹ تا سال ۲۰۱۳، این کار را با دقت بیشتری نسبت به قبل انجام داده است: با استفاده از این اطلاعات، دانشمندان سن جهان را حدود ۱۳/۸ میلیارد سال برآورد کرده‌اند، شکل هندسی آن را به شکل مسطح و ترکیب آن را به‌صورت ۹۵ درصد ماده تاریک و انرژی تاریک تعیین کرده‌اند. در آخرین نسخه مشخص شد که جهان باید ۹ درصد کندتر از آن چه در حال حاضر مشاهده می‌شود، در حال گسترش باشد. البته پیتر کولس نظریه‌پرداز کیهان‌شناسی در دانشگاه مینوث ایرلند که در این پروژه‌ها همکاری نداشته است، می‌گوید:

نقشه‌های دمایی و علمی که آن‌ها تولید کرده‌اند، دستاورد بزرگی هستند؛ ولی چیز بیشتری برای ارائه دادن ندارند.

سرگردانی پلانک

بسیاری از دانشمندانی که در این ماموریت‌ها مشغول بوده‌اند، به پروژه‌های دیگر رفته‌اند. سیلویا گالی در سال ۲۰۱۳ وارد این ماموریت شد و یکی از معدود دانشمندانی است که تا کنون در این ماموریت مانده و هدایت آخرین مطالعه را بر عهده گرفته‌ است. او می‌گوید که احتمالا به همکارانش در یوکلید بپیوندد؛ یک ماموریت بزرگ اروپایی که هدف آن تهیه نقشه‌ی کهکشان‌های جهان در یک مقیاس بی‌سابقه است. یوکلید یک تلسکوپ نوری قدیمی است و نه یک آشکار گر میکروویو و این موجب می‌شود تا ماموریت فوق از لحاظ تکنیکی به مهارت‌های متفاوتی نیاز داشته باشد. نبود یک ماموریت عمده‌ی CMB در پروژه موجب نگرانی بسیاری از پژوهشگران شده‌ است. گالی می‌گوید:

این از لحاظ علمی یک فاجعه به شمار می‌رود. خطر از بین رفتن دانش و تخصص زیادی که در این زمینه حاصل شده‌است، وجود دارد.

اکنون تمرکز اصلی این حوزه تهیه‌ی اندازه گیری‌های دقیق از دیگر پارامترهای CMB شامل قطبیت آن است: گرایش ضعیف میدان‌های الکترومغناطیسی مایکروویوها برای جهت‌گیری‌های خاص. در این مباحث، پژوهشگران امیدوارند که بتوانند نشانه‌هایی از تورم کیهانی بیابند؛ دوره‌ی کوتاهی در آغاز بیگ بنگ که طی آن جهان به‌طور فزاینده بسط پیدا کرده‌است. کیهان‌شناسان همچنین می‌توانند توزیع ماده را در جهان با مطالعه‌ی اینکه چگونه قطبش CMB در فضا و زمان انحنا پیدا می‌کند، اندازه‌گیری کنند. این اثر لنزینگ گرانشی نامیده می‌شود. پلانک، قطبیت را مثل همان حالتی نقشه‌یابی کرد که تلسکوپ ناسا در دهه‌ی ۲۰۰۰، ولی با حساسیت محدودتر تهیه کرده بود.

در حال حاضر ناسا و ایسا از میزان سرمایه‌گذاری خود روی ماهواره‌هایی که CMB را مطالعه می‌کنند، کاسته‌اند. با این حال چندین گروه آمریکایی در حال کار روی ابزارهای زمینی و بالونی برای اندازه‌گیری قطبیت هستند.جولین کارون نیز که یکی از اعضای این پروژه بوده‌است، می‌گوید:

یکی از جاذبه‌های این پژوهش‌ها، امکان استفاده از لنزینگ گرانشی برای پرداختن به دیگر مسائل پایه‌ای فیزیک است: تخمین توده‌های ذرات اولیه که نوترینو نامیده می‌شوند.

تلسکوپ بیگ بنگ

یک از دلایل سکوت آژانس ها برای سرمایه‌گذاری پروژه‌های عظیم CMB این است که در این آزمایش‌ها، هنوز نشانه‌های تورم کیهانی دیده نشده است. طی آزمایشی با عنوان BICEP2، ادعا شد که این نشانه در سال ۲۰۱۴ پیدا شده است؛ اما بر اساس داده‌های بعدی پلانک معلوم شد که آن فقط گرد‌و‌غباری در کهکشان راه شیری بوده است. در آخرین مطالعات، دست‌اندکاران پروژه‌ی پلانک از داده‌های BICEP2 هم استفاده کردند؛ ولی موردی مشخص نشد. ریچارد گات کیهان‌شناس دانشگاه پریسنتون در نیوجرسی می‌گوید:

این حقیقت که ما تاکنون نتوانسته‌ایم چیزی ببینیم، به مفهوم آن نیست که چنین چیزی وجود ندارد.

هم‌اکنون گروه‌های مختلف آمریکایی در پی سرمایه‌گذاری ۴۰۰ میلیون دلاری برای ایجاد شبکه‌ی نسل جدید تلسکوپ‌های زمینی با عنوان CMB-S4 هستند که نسبت به تمام ابزارهای پیشین دارای حساسیت بیشتری به نشانه‌های تورم کیهانی باشند. بسیاری از پژوهشگران CMB حامی این ماموریت فضایی هستند. ارمینیا کالابرس از دانشگاه کاردیف در انگلیس می‌گوید:

هدف، ساخت یک ماهواره کوچکتر با تمرکز بیشتر است. این ماهواره از فضا، دارای قابلیت دید کل آسمان است، کاری که از روی زمین امکان‌پذیر نیست.

پژوهشگران می‌گویند:

اگر در آزمایش‌های زمینی حتی یک نشانه‌ از تورم کیهانی ببینیم، موجب تشویق آژانس‌های فضایی برای سرمایه‌گذاری ماموریت‌های بزرگ‌تر خواهد شد.

منبع NATURE