پژوهشی که در مجله کیهانشناسی و فیزیک اختر ذرات (JCAP) منتشر شده است، روشی را برای آزمایش فرض همگنی و همسانگردی کیهانی، معروف به اصل کیهانی، با استفاده از عدسیهای گرانشی ضعیف - یک اثر اعوجاج نوری توصیفشده توسط نسبیت عام - در تصاویر نجومی جدید جمعآوریشده توسط رصدگران فضایی ارائه میکند.
چرا این مهم است؟
یافتن شواهدی از ناهنجاری ها در اصل کیهان شناسی می تواند پیامدهای عمیقی برای درک فعلی ما از جهان داشته باشد.
جیمز آدام، اخترفیزیکدان در دانشگاه کیپ غربی، کیپ تاون، آفریقای جنوبی و نویسنده اصلی مقاله جدید، توضیح می دهد: اصل کیهان شناسی مانند یک نوع بیانیه نهایی فروتنانه است.
بر اساس اصل کیهان شناسی، نه تنها ما در مرکز جهان نیستیم، بلکه اصلا جهان یک مرکز واقعی ندارد.
یک فرض دیگر، مشابه اما متمایز و مستقل از همگنی، این است که جهان همسانگرد است، به این معنی که هیچ جهت ترجیحی ندارد. این مفروضات زیربنای مدل استاندارد کیهان شناسی، چارچوب نظری مورد استفاده برای توضیح منشاء، تکامل و وضعیت فعلی جهان است. این در حال حاضر قوی ترین و سازگارترین مدل است که توسط مشاهدات علمی متعدد تأیید شده است، اگرچه هنوز کامل نیست.
در واقع، برخی از مشاهدات کیهانشناسی اخیر نشان میدهند که در مقیاسهای بسیار بزرگ، ممکن است ناهمسانگردیهایی وجود داشته باشد - تغییراتی در ساختار جهان که پیشفرض همسانگردی را به چالش میکشد.
این ناهنجاریها با استفاده از روشهای مختلف شناسایی شدهاند که شامل اندازهگیریهای متناقض نرخ انبساط جهان، مطالعات تابش پسزمینه مایکروویو کیهانی، و ناسازگاریهای مختلف در دادههای کیهانی است. با این حال، این مشاهدات هنوز قطعی نیستند.
برای رد خطاهای اندازه گیری، داده های بیشتری باید با استفاده از روش های مستقل جمع آوری شود. اگر چندین تکنیک ناهنجاریهای یکسان را تأیید کنند، رد کردن وجود آنها بسیار دشوارتر میشود.
پژوهش جدید که توسط آدام و همکارانش در JCAP منتشر شد، روش جدیدی را برای آزمایش همسانگردی جهان با استفاده از مشاهدات ابزارهایی مانند اقلیدس ایجاد کرد. اقلیدس یک تلسکوپ فضایی ESA است که در سال ۲۰۲۳ به فضا پرتاب شد و به تازگی شروع به تولید تصاویری از کیهان با قدرت، دقت و وضوح بی سابقه کرده است.
آدام میگوید: «ما یک روش متفاوت برای محدود کردن ناهمسانگردی را بررسی کردیم که شامل به اصطلاح «عدسیهای گرانشی ضعیف» بود. عدسی ضعیف به این دلیل رخ می دهد که ماده بین ما و یک کهکشان دور نور کهکشان را کمی خم می کند و شکل ظاهری آن را تغییر می دهد. این نوع خاص از اعوجاج می تواند آشکار کند که آیا ناهمسانگردی در جهان وجود دارد یا خیر.
در واقع، تجزیه و تحلیل دادههای عدسی ضعیف به دانشمندان اجازه میدهد سیگنال را به دو بخش جدا کنند: برش حالت E، که از توزیع ماده در یک جهان همسانگرد و همگن ایجاد میشود، و برش حالت B، که معمولاً بسیار ضعیف است و نباید در مقیاسهای بزرگ در یک جهان همسانگرد ظاهر شود.
مشاهده ساده حالتهای B در مقیاسهای بزرگ برای تأیید ناهمسانگردیها کافی نیست، زیرا این سیگنالها بسیار ضعیف هستند و میتوانند ناشی از خطاهای اندازهگیری یا اثرات ثانویه باشند.
اگر ناهمسانگردی واقعی باشد، بر هر دو حالت E و B به روشی غیرمستقل تأثیر میگذارد و یک همبستگی بین دو سیگنال ایجاد میکند. تنها اگر دادههای اقلیدس همبستگی قابلتوجهی را بین حالتهای E و B نشان دهد، آنگاه این انبساط ناهمسانگرد جهان را نشان میدهد.
در پژوهش خود، آدام و همکارانش اثرات یک انبساط جهان ناهمسانگرد را بر روی یک کامپیوتر شبیه سازی کردند و مدلی را توسعه دادند که توضیح می دهد چگونه انحراف از همسانگردی «سیگنال عدسی ضعیف» را تغییر می دهد.
آنها سپس همبستگی متقاطع E-B را محاسبه کردند تا نشان دهند که یک جهان ناهمسانگرد می تواند همبستگی بین دو سیگنال ایجاد کند و مدل خود را در داده های اقلیدس آینده اعمال کردند و نشان دادند که این مشاهدات به اندازه کافی دقیق برای تشخیص ناهمسانگردی های بالقوه خواهند بود.
اقلیدس در حال حاضر شروع به ارائه داده های مفید برای این تحلیل ها کرده است و رصدخانه های جدید به زودی آنلاین خواهند شد. اکنون که آنها متدولوژی مناسبی را توسعه داده اند، آدام و همکارانش قصد دارند آن را روی داده های واقعی اعمال کنند.
آدام توضیح میدهد: "وقتی کار خود را چهار بار بررسی کردید، باید به طور جدی در نظر بگیرید که آیا این فرض اساسی واقعاً درست است یا خیر؛ یا شاید هرگز درست نبوده است."
اگر این ناهنجاری ها تایید شوند، فصل جدیدی در کیهان شناسی باز خواهد شد.
منتظر نتایج آزمایشات میمانیم
سام آریامنش