آیا بیگ بنگ دومی رخ داده است؟

بيگ بنگ

بروزرسانی 1402/02/30 - 18:00

بیگ بنگ/ تحقیقات جدید نشان می‌دهد که ظرف یک ماه پس از بیگ بنگ، انفجار کیهانی دوم ممکن است “ماده تاریک” نامرئی را به وجود آورده باشد.

کیهان‌شناسان در یک مطالعه جدید پیشنهاد کردند که “بیگ بنگ” ممکن است با سایه‌ای به نام “بیگ بنگ تاریک” همراه باشد که کیهان ما را با “ماده تاریک” مرموز پر کرده است. دانشمندان معتقدند با مطالعه‌ی امواج در تار و پود فضا-زمان ممکن است بتوانیم شواهدی برای این رویداد مشاهده کنیم.

پس از “بیگ بنگ” اکثر کیهان‌شناسان فکر می‌کنند، کیهان در اولین لحظات خود تحت دوره‌ای از انبساط سریع و قابل‌توجه قرار گرفت که به عنوان “تورم کیهانی” شناخته می‌شود. هیچکس نمی‌داند چه چیزی باعث تورم شده، اما لازم است مشاهدات مختلف را توضیح دهیم، مانند مسطح بودن هندسی شدید کیهان در مقیاس‌های بزرگ.

تورم احتمالاً توسط یک میدان کوانتومی عجیب و غریب هدایت می‌شود، یک ماهیت اساسی که تمام فضا-زمان را پر می‌کند. در پایان تورم، آن میدان به بارانی از ذرات و تشعشعات تبدیل شد و «بیگ بنگ داغ» را آغاز کرد که فیزیکدانان معمولاً آن را با آغاز کیهان مرتبط می‌دانند. زمانی که کیهان حدود ۱۲ دقیقه از عمرش می‌گذشت، این ذرات در اولین اتم‌ها به هم پیوند خوردند و – صدها میلیون سال بعد – شروع به تجمع در “ستاره‌ها” و “کهکشان‌ها” کردند.

اما یک عنصر دیگر در ترکیب کیهانی وجود دارد: «ماده تاریک.» کیهان‌شناسان مطمئن نیستند که ماده تاریک چیست، اما شواهد وجود آن را از طریق تأثیر گرانشی‌اش بر ماده معمولی مشاهده می‌کنند.

در ساده‌ترین مدل‌ها، پایان تورم و “بیگ بنگ داغ” پس از آن نیز کیهان را با “ماده تاریک” پر کرد که در مسیری مستقل تکامل یافت. اما این فرض صرفاً برای سهولت در نظر گرفته شده و دو کیهان‌شناس در مقاله‌ای که در فوریه در پایگاه داده پیش‌ از چاپ arXiv منتشر شد آن را پیشنهاد کردند. دانشمندان هیچ مدرکی بر وجود “ماده تاریک” تا مدت‌ها بعد از تکامل کیهان ندارند، یعنی پس از اینکه ماده‌ی گریزان، زمان کافی برای اعمال نفوذ گرانشی را داشت؛ بنابراین نیازی نیست “ماده تاریک” که در بیگ بنگ داغ در کنار ماده معمولی، کیهان را پر کرده، وجود داشته باشد. به علاوه، از آنجایی که ماده تاریک با ماده معمولی برهمکنش ندارد، ممکن است “بیگ بنگ تاریک” خود را داشته باشد.

بیگ بنگ تاریک

محققان در مقاله‌ی خود بررسی کردند که “بیگ بنگ تاریک” چگونه رخ داد. اول، آنها وجود یک میدان کوانتومی جدید را فرض کردند – به اصطلاح «میدان تاریک»، که برای شکل‌گیری کاملاً مستقلِ ماده تاریک ضروری است. در این سناریوی جدید، “بیگ بنگ تاریک” تنها پس از محو شدن تورم، انبساط و سرد شدن جهان آغاز شد، به نحوی که میدان تاریک را مجبور به انتقال فاز خود کرد، جایی که خود را به ذرات ماده تاریک تبدیل کرد.

محققان دریافتند که”بیگ بنگ تاریک” باید محدودیت‌های خاصی داشته باشد. اگر خیلی زود رخ میداد، امروز “ماده تاریک” خیلی زیاد بود و اگر خیلی دیر رخ میداد، خیلی اندک بود. اما اگر “بیگ بنگ تاریک” زمانی اتفاق افتاده باشد که کیهان کمتر از یک ماه از عمرش می‌گذشت، می‌توانست با تمام مشاهدات شناخته شده انطباق داشته باشد.

معرفی “بیگ بنگ تاریک” چندین مزیت دارد. اولاً، با آنچه دانشمندان در مورد “ماده تاریک” می‌دانند سازگار است: اگر با ماده معمولی برهم‌کنش نداشته باشد، دلیلی وجود ندارد که آنها منشأ مشترکی داشته باشند. دوم، به محققان اجازه می‌دهد تا مدل‌هایی از “ماده تاریک” را بدون نگرانی در مورد تأثیر آنها بر رفتار ماده معمولی در دوران اولیه ایجاد کنند و به دانشمندان انعطاف‌پذیری بیشتری در ایجاد مدل‌ها، می‌دهد.

اما مهم‌تر از همه، محققان دریافتند که یک “بیگ بنگ تاریک” نشانۀ خاصی را در امواج گرانشی ایجاد می‌کند؛ امواج گرانشی امواجی در فضا-زمان هستند که هنوز هم در عصر حاضر در سراسر کیهان وجود دارند. این بدان معناست که این نظریه می‌تواند روزی قابل آزمایش و رصد باشد.

محققان اذعان می‌کنند که آزمایش‌های موج گرانشی کنونی فاقد حساسیت لازم برای یافتن نشانه‌های “بیگ بنگ تاریک” است. اما کاوشگر دیگری از امواج گرانشی با استفاده از فواصل تا تپ‌اخترهای دور، که به آرایه‌های زمانبندی تپ‌اختر معروف است، مانند آزمایش NANOGrav، ممکن است بتواند این کار را انجام دهد.