یک شبیهسازی کیهانشناسی عظیم و پیشرفته به نام FLAMINGO، تاریخ کامل جهان را از نخستین لحظات پس از مهبانگ تا امروز بازسازی کرده است؛ اما نتیجهای که به دست آمده، به جای حل یکی از معماهای کیهانشناسی، آن را عمیقتر و نگرانکنندهتر کرده است.
این شبیه سازی نشان میدهد که جهان واقعی، در مقیاسهای بزرگ، هموارتر و کمتراکمتر از آن چیزی است که نظریههای استاندارد پیشبینی میکنند. در این مقاله به جزئیات این شبیه سازی پرداخته ایم. با خبرنامه همراه باشید!
چیزی در جهان تغییر کرده است
حتی زمانی که ماده معمولی (باریونی) در کنار ماده تاریک بهطور دقیق در مدل لحاظ میشود، FLAMINGO همچنان میزان بیشتری از «تودهایشدن» ماده را پیشبینی میکند؛ مقداری که با مشاهدات واقعی اخترشناسان همخوانی ندارد. این اختلاف، یکی از مهمترین تنشهای فعلی در کیهانشناسی مدرن را دوباره به مرکز توجه آورده است.
این پروژه توسط پژوهشگرانی از کنسرسیوم Virgo در اروپا و بریتانیا انجام شده و از نرمافزارهایی استفاده میکند که مخصوص شبیهسازیهای فوقسنگین کیهانی طراحی شدهاند.
نتیجهی نهایی ساده به نظر میرسد، اما پیامدهای آن عمیق است: جهان آنطور که انتظار داشتیم، «ناهموار» نشده است.
شبیهسازی FLAMINGO چیست و چرا مهم است؟
FLAMINGO مجموعهای از شبیه سازی هاست که حرکت و تعامل حدود ۳۰۰ میلیارد ذره را در طول ۱۳.۸ میلیارد سال تاریخ کیهان دنبال میکند. این ذرات شامل ماده تاریک، گاز، ستارگان، سیاهچالهها و حتی نوترینوها هستند.
برخلاف بسیاری از مدلهای قدیمیتر که گاز را بهعنوان یک عامل فرعی در نظر میگرفتند، FLAMINGO هیدرودینامیک واقعی ماده معمولی را شبیهسازی میکند. این یعنی:
فشار گاز
گرمایش ناشی از نور ستارگان
فورانهای ابرنواختری
و فعالیت شدید سیاهچالههای کلانجرم
همگی میتوانند مسیر حرکت ماده را تغییر دهند، آن را پراکنده یا متمرکز کنند و بر شکلگیری کهکشانها و هالههای ماده تاریک اثر بگذارند.
رهبری علمی این پروژه بر عهده ایان جی. مککارتی، استاد اخترفیزیک نظری در دانشگاه جان مورز لیورپول است. تمرکز اصلی تحقیقات او، رشد ساختار کیهانی و رفتار گاز داغ در خوشههای کهکشانی است.
نکته مهم دیگر این است که FLAMINGO نوترینوها را نیز وارد بازی میکند؛ ذراتی بسیار سبک و فراوان که با حرکت آزاد خود، بخشی از انرژی را حمل کرده و باعث میشوند رشد ساختارهای کیهانی کمی کندتر شود. نتیجه این ترکیب پیچیده، شبیهسازیای است که شبکه کیهانی جهان را با دقتی بیسابقه بازسازی میکند.
عددی که کیهانشناسان را آزار میدهد: S8
برای مقایسه نظریهها با دادههای واقعی، اخترشناسان از پارامتری به نام S8 استفاده میکنند.
این عدد، میزان خوشهبندی ماده در مقیاسهای بزرگ را توصیف میکند:
S8 بزرگتر → جهان ناهموارتر و متراکمتر
S8 کوچکتر → جهان هموارتر و پراکندهتر
مشاهدات حاصل از عدسی گرانشی ضعیف (Weak Lensing)، بهویژه از پروژههایی مانند بررسی انرژی تاریک (DES)، مقدار کمتری برای S8 نشان میدهند. در مقابل، پیشبینیهای مبتنی بر تابش پسزمینه مایکروویو کیهانی (CMB) — نور ضعیفی که از زمان مهبانگ باقی مانده — مقدار بالاتری را پیشنهاد میکنند.
این اختلاف پایدار، که در دادههای مستقل و تلسکوپهای مختلف هم دیده میشود، به نام تنش S8 شناخته میشود؛ مشکلی که فعلاً توضیح سادهای ندارد.
آزمایشها چه چیزی را تغییر دادند؟ تقریباً هیچ
برای بررسی این تنش، تیم FLAMINGO سناریوهای مختلفی را امتحان کرد:
تغییر شدت بازخورد ابرنواخترها
افزایش یا کاهش تأثیر سیاهچالههای فعال
بررسی جرمهای مختلف برای نوترینوها
ایده این بود که شاید این عوامل بتوانند رشد ساختار را کمی مهار کنند و S8 را پایین بیاورند. اما نتیجه شگفتانگیز بود: در تمام حالتها، شبیهسازی همچنان خوشهبندی بیشتری نسبت به مشاهدات واقعی پیشبینی میکرد.
به بیان سادهتر: هر چقدر هم پارامترها را دستکاری کردند، جهان شبیه سازی شده از جهان واقعی «پرجزئیاتتر» باقی ماند.
جوپ شای، استاد دانشگاه لیدن و از نویسندگان مقاله، صراحتاً گفت:
«من واقعاً سردرگم هستم. این امکان وجود دارد که این تنش، نشانهای از نقص در مدل استاندارد کیهانشناسی — یا حتی فیزیک بنیادی — باشد.»
اگر مشکل از مدل است، چه چیزی ممکن است اشتباه باشد؟
دانشمندان حالا به سراغ گزینههای جسورانهتر رفتهاند:
گرانش اصلاحشده: شاید گرانش در مقیاسهای بسیار بزرگ دقیقاً همانطور که فکر میکنیم عمل نمیکند.
ماده تاریک با برهمکنشهای غیرمعمول: شاید ماده تاریک کاملاً «ساکت» نیست و تعاملات ضعیفی دارد که تاکنون نادیده گرفته شدهاند.
البته هر نظریه جدید باید با آزمایشهای دقیق منظومه شمسی و فیزیک ذرات هم سازگار باشد، و این کار را بسیار دشوار میکند.
آینده چه میگوید؟
بررسیهای آینده با وضوح بالاتر، نقشههای دقیقتری از عدسی گرانشی ارائه خواهند داد. همزمان، مدلهای نظری نیز بهبود مییابند تا عدم قطعیتها کاهش پیدا کند.
به گفته مککارتی:
«ما هنوز نمیدانیم پاسخ چیست، و دقیقاً همین موضوع است که این مسئله را هیجانانگیز میکند.»
یا مدل استاندارد با اصلاحات ظریف نجات پیدا میکند، یا کیهانشناسی در آستانه بازنویسی عمیقتری قرار دارد.
درس FLAMINGO چیست؟
FLAMINGO نشان میدهد که حتی پیشرفتهترین شبیهسازیها هم میتوانند ما را به این نتیجه برسانند که چیزی بنیادی را هنوز نمیفهمیم.
جهان شاید در ظاهر آرامتر، هموارتر و کمهیجانتر از پیشبینیهای ما باشد — اما همین سکون ظاهری، میتواند نشانه یک انقلاب علمی باشد.
و راستش را بخواهید، برای فیزیکدانها، این دقیقاً همان چیزی است که بیش از هر پاسخی، هیجانانگیز به نظر می رسد.
افزودن دیدگاه