نخستین نوری که پس از مه‌بانگ در گیتی درخشید چگونه بود؟
نخستین نوری که پس از مه‌بانگ در گیتی درخشید چگونه بود؟
به گزارش gsxr و به نقل از ایندیپندنت، نخستین نور عالم که «تابش ریزموج پس‌زمینه کیهانی» نام دارد، پرتوهای باقی‌‌مانده از گیتی بسیار جوان است که در سراسر گیتی به‌طور تقریبا یکنواخت توزیع شده است.
تابش زمینه کیهانی به همراه خود اطلاعاتی دارد که می‌تواند به ما درباره تحولات و رخدادهای گیتی در دوران نوزادی آن بگوید و همچنین به فهم ساختار گیتی کمک کند.
باز‌هم شبیه به دانش زیست‌شناسی که از زمان داروین پیشرفت کرد، روش‌هایی که کیهان‌شناسان برای بررسی این فسیل کیهانی به کار می‌برند نیز تکامل پیدا کرده و قرار است بسیاری از برنامه‌های تحقیقاتی آتی روی تابش زمینه کیهانی تمرکز کنند و اطلاعات بیشتری در‌خصوص نحوه تحول و تکامل کیهان در اختیارمان بگذارند.
ارمینیا کالابرز، اخترشناس، روز دوشنبه دوم ژوییه، در جریان نشست ملی نجوم ۲۰۲۳ (NAM 2023) در دانشگاه کاردیف بریتانیا، گزارشی از شناخت علم امروز درباره تابش زمینه کیهانی ارائه کرد و همچنین درباره این صحبت کرد که شناخت ما از تابش ریزموج کیهانی در آینده دستخوش چه تحولاتی خواهد شد.
او با اشاره به اهمیت تابش زمینه کیهانی، گفت: «دلیل اینکه این نور واقعا نیروی محرکه کیهان‌شناسی مدرن بوده این است که در سراسر تاریخ کیهان وجود داشته است.»
به گفته او، این نور از ابتدا وجود داشت، و در همه آنچه بر کیهان گذشت و در همه تحولات عالم تا تشکیل ستارگان و پس از آن، و شکل‌گیری ساختارهای عظیم عالم، همواره وجود داشته است.
او می‌گوید این تابش حین سفر خود به سوی ما، هر آنچه در فیزیک عالم رخ داده است را در خود ثبت کرده، برداشته و به همراه خود به زمان ما رسانده است.
سفر به دیوار تاریک کیهانی
اگر بتوانید در زمان به گذشته سفر کنید و به ۳۸۰ هزار سالگی گیتی- یعنی زمانی که عالم لبریز از سوپی داغ و چگال از الکترونها و پروتون‌ها بود- بروید، نخستین چیزی که احتمالا توجه‌تان را جلب می‌کند این است که کیهان تا چه حد تاریک است.
دلیل آن هم این است که عصر اولیه طلوع کیهانی در ۱۳ میلیارد و ۸۰۰ میلیون سال پیش، به معنای واقعی کلمه عصر تاریکی بوده است، چرا که فراوانی الکترون‌های آزاد سبب می‌شد که فوتون‌ها یعنی ذرات نور، بی‌وقفه و تا ابد پراکنده شوند، از این‌رو امکان انتشار پیدا نکنند. در چنین دوره‌ای، گیتی مات و کدر و تیره بود و هیچ نوری وجود نداشت.
به گفته کالابرز، آنچه ما امروز مشاهده می‌کنیم نخستین نوری به شمار می‌رود که تا به حال در عالم هستی انتشار یافته و از فوتون‌هایی تشکیل شده است که طی مه‌بانگ گسیل شده‌اند. او می‌گوید: «فوتون‌ها در برهمکنش با هر چیز دیگری به دام افتاده بودند، به این معنی که هر پدیده‌ای که در این فاز بسیار داغ و متراکم از کیهان رخ می‌داد، با این فوتون‌ها برهمکنش می‌کرد.»
این به معنای آن است که فوتون‌ها وقتی که به دام می‌افتادند، سابقه‌ای از فیزیک رخدادها را در عالم اولیه ثبت می‌کردند، اما درعین‌حال نمی‌توانستند تا ابد در این وضعیت به دام بیفتند و با ماده در تعادل باشند.
در نهایت، با تورم سریع کیهانی در نتیجه مه‌بانگ، گیتی به اندازه کافی منبسط و سرد شد تا به الکترونها اجازه دهد با پروتون‌ها پیوند برقرار کنند و نخستین اتم‌های خنثی را تشکیل دهند. این دوره به‌عنوان دوره «بازترکیبی» شناخته می‌شود، با اینکه این اسم تا حدی غلط‌‌انداز است و درواقع، الکترونها و پروتون‌ها پیش‌ازاین دوره به هم متصل نشده بودند.
نوری که تابش زمینه کیهانی را تشکیل می‌داد، در آغاز فوق‌العاده داغ و پرانرژی بود، اما با ادامه انبساط جهان، سرد شد و انرژی آن از دست رفت، و بسامد این تابش به ناحیه مایکروویو طیف الکترومغناطیسی کاهش یافت.
کالابرز می‌گوید امروزه تابش زمینه کیهانی به شکلی از تابش در دمای ۲.۷ کلوین (۴۵۵- درجه فارنهایت برابر با ۲۷۰.۴- درجه سانتی‌گراد) درآمده است.
تابش ریزموج کیهانی چه اطلاعاتی به دانشمندان می‌دهد؟
از آنجا که دوره «بازترکیب» به‌طور هم‌زمان در سراسر گیتی اتفاق افتاد، پرتوهای تابش زمینه کیهانی از همه جهات به‌طور یکنواخت به سمت ما می‌آیند. این به معنی آن است که این فسیل کیهانی در تمام مناطق آسمان یکسان به نظر می‌رسد و به تعبیر دانشمندان، «همسانگرد» است.
این یکسان بودن در همه جهات، حتی در دو سوی کیهان در مناطقی از عالم که در حال حاضر با هم تماسی ندارند، یکی از شواهد کلیدی و مهم است که نشان می‌دهد گیتی زمانی در حالتی داغ و متراکم بوده است که اینک آن را مه‌بانگ می‌نامیم و سپس دوره‌ای از تورم سریع را پشت سر گذاشته است. اما در مناطقی از عالم نیز در عین حال، تفاوت‌های کوچکی وجود دارد که دانشمندان در آن‌ها فسیل‌های کیهانی سودمند پیدا می‌کنند.
درواقع درون تابش زمینه کیهانی، انحرافات کمی از این یکنواختی وجود دارد که دانشمندان آن را «ناهمسانگردی» می‌نامند. از قضا دانشمندان از طریق همین ناهمسانگردی‌ها، اطلاعاتی درباره نحوه تکامل گیتی به دست می‌آورند.
ناهمسانگردی در مقیاس کوچک در تابش زمینه کیهانی نشان‌دهنده نوسانات کوچک در چگالی در گیتی اولیه است که درنهایت، به زایش کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی منجر شد. این ناهمسانگردی‌ها اگرچه ممکن است کوچک باشند، اما بدون وجود این تغییرات، ساختار بزرگ‌مقیاسی که امروز در عالم شاهد آنیم نمی‌توانست شکل بگیرد.
ناهمسانگردی‌های بزرگ‌تر، محتویات گیتی و فراوانی عناصر در آن را طی تاریخ کیهان نشان می‌دهند. این موضوع نه‌تنها شامل ماده مرئی شناخته شده متشکل از اتم‌ها و ستاره‌ها، سیارات، ابرهای گاز کیهانی و خود ما است، بلکه عواملی نادیدنی یعنی ماده تاریک و انرژی تاریک را نیز در برمی‌گیرد که انرژی تاریک در این میان، دلیل سرعت بخشیدن به انبساط کیهان است.
کالابرز می‌گوید دانشمندان با سه روش مختلف، تابش زمینه کیهانی را بررسی می‌کنند. به گفته او، ما می‌توانیم به فضا برویم، همان‌طور که تاکنون سه نسل مختلف ماهواره داشته‌ایم که به اندازه‌گیری و بررسی ناهمسانگردی‌های تابش زمینه کیهانی اختصاص داشتند، یا می‌توانیم روی زمین بمانیم، اما سعی کنیم با بالون‌های استراتوسفری در اتمسفر بالاتر برویم، و حالت سوم هم این است که روی زمین بمانیم و سپس جو را بررسی کنیم.
به گفته او، همه این روش‌ها مزایا و معایبی دارند و هیچ آزمایشی نمی‌تواند امکان دسترسی به همه چیز را به ما بدهد.
او در سخنان خود یادآور شد که در آینده پژوهشگران باید بتوانند با بررسی تابش زمینه کیهانی، به پرسش‌های بنیادین در زمینه ماهیت ماده تاریک و توزیع جرم در مقیاس بزرگ در گیتی پاسخ دهند.
این یکی از ماموریت‌های علمی سازمان فضایی ژاپن (JAXA) است که اسپیس لایت (Space Light) نام دارد و قطبش حالت «بی» (قطبش مُد بی) دارد و تورم را با استفاده از «لایت‌بِرد» (LiteBIRD) یا «آشکارسازی تابش زمینه کیهانی» بررسی خواهد کرد.
«لایت‌بِرد» در مدار، کل آسمان را به مدت سه سال رصد خواهد کرد و به گفته جاکسا، حساسیت آن به‌قدری بی‌سابقه خواهد بود که به آن امکان می‌دهد دقیقا میان سیگنال‌های پرتو تابش زمینه کیهانی، و منابعی مانند غبارهای کیهانی، تمایز قائل شود.
این بدان معناست که لایت‌بِرد قرار است در سال ۲۰۲۸ راه‌اندازی شود و می‌تواند به پر کردن شکاف‌های موجود در دانش ما از تکامل کیهان کمک کند و مسائلی را روشن کند که مدل‌های کنونی مه‌بانگ نمی‌توانند توضیح دهند.
کالابرز می‌گوید واقعیت این است که ما برای پرسش‌های بنیادین و مهمی که قصد داریم با دمای تابش زمینه کیهانی به آن‌ها پاسخ دهیم، جوابی نداریم و اینک زمان آن رسیده است که گام بعدی را برداریم و به جست‌وجو و بررسی همه چیزهایی که در تابش زمینه کیهانی وجود دارد بپردازیم، تا بتوانیم به این پرسش‌ها پاسخ دهیم.
