تاریخچه ماده تاریک
حدود 13.8 میلیارد سال پیش، جهان با یک انبساط بزرگ و سریع شروع شد .پس از این انبساط اولیه، که درکسری از ثانیه اتفاق افتاد ، گرانش شروع به کاهش سرعت جهان کرد. ولی کیهان اینطور نماند. حدود نه میلیارد سال پس از شروع جهان، انبساط آن با نیروی ناشناخته ای که دانشمندان آن را ماده تاریک یا انرژی تاریک نامیده اند، شروع به افزایش سرعت کرد که تا امروز همچنان ادامه دارد .
ماده تاریک دقیقا چیست؟
پاسخ کوتاه و واضح است: ما نمی دانیم. اما ما می دانیم که این انرژی وجود دارد و باعث می شود جهان با سرعتی زیاد منبسط شود .
تقریباً میدانیم که 68.3 تا 70 درصد جهان را انرژی تاریک تشکیل می دهد.
انرژی تاریک تا اواخر دهه 1990 کشف نشد. اما منشأ آن در مطالعات علمی به سال 1912 بازمی‌گردد، زمانی که ستاره‌شناس آمریکایی هنریتا سوان لیویت با استفاده از متغیرهای Cepheid، دسته‌ای از ستارگان که روشنایی آنها با نظمی که به روشنایی ستاره بستگی دارد را، کرد.
همه ستارگان قیفاووسی با دوره معین (دوره قیفاووسی مدت زمانی است که طول می کشد تا از روشن، کم نور و دوباره روشن شود) قدر مطلق یا درخشندگی یکسانی دارند –
مقدار نوری که ستاره ها می فرستند را لیویت اندازه گرفت و ثابت کرد که بین دوره منظم روشنایی و درخشندگی آنها رابطه وجود دارد. یافته‌های لیویت این امکان را برای اخترشناسان فراهم کرد تا از دوره و درخشندگی یک ستاره برای اندازه‌گیری فاصله بین ما و ستاره‌های قیفاووسی در کهکشان‌های دور (و راه شیری خودمان) استفاده کنند.
تقریباً در همان زمان در تاریخ، ستاره شناس وستو اسلیفر کهکشان های مارپیچی را با استفاده از طیف نگار تلسکوپ خود مشاهده کرد، دستگاهی که نور را به رنگ های تشکیل دهنده آن تقسیم می کند، دقیقاً مانند روشی که منشور نور را به رنگین کمان تقسیم می کند. او از طیف‌نگار، یک اختراع نسبتاً جدید در آن زمان، برای مشاهده طول موج‌های مختلف نوری که از کهکشان‌ها در خطوط طیفی مختلف می‌آید استفاده کرد. سیلفر با مشاهدات خود اولین ستاره‌شناسی بود که مشاهده کرد کهکشان با چه سرعتی در کهکشان‌های دوردست از ما دور می‌شود. این مشاهدات برای بسیاری از پیشرفت های علمی آینده، از جمله کشف انرژی تاریک، حیاتی بود .
انتقال به سرخ اصطلاحی است که زمانی استفاده می‌شود که اجرام نجومی از ما دور می‌شوند و نوری که از آن اجرام می‌آید گسترش می‌یابد. نور مانند یک موج رفتار می کند و نور قرمز بیشترین طول موج را دارد. بنابراین، نوری که از اجسامی که از ما دور می‌شوند، طول موج بیشتری دارد و تا «انتهای قرمز» الکترومغناطیسی کشیده می‌شود.
کشف جهان در حال انبساط
کشف انتقال به سرخ کهکشانی، رابطه دوره-درخشندگی متغیرهای قیفاووس، و توانایی جدید برای اندازه‌گیری فاصله یک ستاره یا کهکشان در نهایت نقشی در رصد اخترشناسان ایفا کرد که مشخص گردید با گذشت زمان کهکشان‌ها از ما دورتر می‌شوند، که نشان می‌دهد جهان چگونه در حال کسترش است .در سال های بعد دانشمندان مختلف در سراسر جهان شروع به کنار هم قرار دادن قطعات یک جهان در حال انبساط کردند.
در سال 1922، دانشمند و ریاضیدان روسی الکساندر فریدمن مقاله ای را منتشر کرد که در آن احتمالات متعدد برای تاریخ کیهان توضیح داده شد. این مقاله که بر اساس نظریه نسبیت عام آلبرت انیشتین منتشر شده در سال 1917 بود، احتمال انبساط جهان را در بر داشت.
در سال 1927، اخترشناس بلژیکی، ژرژ لمایر، که گفته می‌شود از کار فریدمن بی‌اطلاع بود، مقاله‌ای منتشر کرد که نظریه نسبیت عام اینشتین را نیز در نظر گرفت. و در حالی که انیشتین در نظریه خود اظهار داشت که جهان ساکن است، لمتر نشان داد که چگونه معادلات نظریه اینشتین در واقع از این ایده حمایت می کند که جهان ساکن نیست، بلکه در واقع در حال انبساط است.
ستاره شناس ادوین هابل تایید کرد که جهان در سال 1929 با استفاده از مشاهدات انجام شده توسط همکارش، ستاره شناس میلتون هوماسون، در حال انبساط است. هوماسون انتقال به سرخ کهکشان های مارپیچی را اندازه گیری کرد. هابل و هوماسون سپس ستاره‌های قیفاووسی را در آن کهکشان‌ها مورد مطالعه قرار دادند و از ستاره‌ها برای تعیین فاصله کهکشان‌هایشان (یا به قول خودشان سحابی‌ها) استفاده کردند. آنها فواصل این کهکشان ها را با انتقال به سرخ آنها مقایسه کردند و ردیابی کردند که هر چه یک جسم دورتر باشد، انتقال به سرخ آن بزرگتر و سریعتر از ما دور می شود. این جفت دریافتند که اجرامی مانند کهکشان‌ها هر چه دورتر هستند سریعتر از زمین دور می‌شوند، با سرعت صدها هزار مایل در ثانیه – مشاهده‌ای که اکنون به عنوان قانون هابل یا قانون هابل-لمتر شناخته می‌شود. آنها تأیید کردند که جهان واقعاً در حال انبساط است.
دانشمندان قبلاً فکر می کردند که انبساط جهان احتمالاً با گرانش در طول زمان کند می شود، انتظاری که توسط نظریه نسبیت عام اینشتین پشتیبانی می شود. اما در سال 1998، زمانی که دو تیم مختلف از اخترشناسان که ابرنواخترهای دوردست را رصد می کردند، متوجه شدند که (در یک تغییر قرمز مشخص) انفجارهای ستاره ای کمتر از حد انتظار بود، همه چیز تغییر کرد. این گروه ها توسط ستاره شناسان آدام ریس، سائول پرلموتر و برایان اشمیت رهبری می شدند. این سه نفر برای این کار برنده جایزه نوبل فیزیک سال 2011 شدند.
در حالی که ممکن است ابرنواخترهای کم نور به عنوان یک یافته مهم به نظر نرسند، این ستاره شناسان به دنبال ابرنواخترهای نوع 1a بودند که سطح مشخصی از درخشندگی دارند. بنابراین آنها می دانستند که باید عامل دیگری وجود داشته باشد که این اجسام را کم نورتر نشان می دهد. دانشمندان می توانند فاصله (و سرعت) را با استفاده از روشنایی اشیاء تعیین کنند و اجسام کم نور معمولاً دورتر هستند (اگرچه گرد و غبار اطراف و عوامل دیگر می توانند باعث کم نور شدن یک جسم شوند).
این باعث شد تا دانشمندان به این نتیجه برسند که این ابرنواخترها با نگاه کردن به جابجایی‌های قرمزشان بسیار دورتر از آنچه که انتظار داشتند، فاصله دارند.
محققان با استفاده از روشنایی اجرام، فاصله این ابرنواخترها را تعیین کردند. و با استفاده از طیف، آنها توانستند جابه‌جایی اجسام به قرمز و در نتیجه سرعت دور شدن آنها از ما را بفهمند. آنها دریافتند که ابرنواخترها آنطور که انتظار می رفت نزدیک نیستند، به این معنی که آنها دورتر از ما را سریعتر از آنچه پیش بینی می شد، طی کرده بودند. این مشاهدات دانشمندان را در نهایت به این نتیجه رساند که خود جهان باید در طول زمان سریعتر منبسط شود.
در حالی که سایر توضیحات احتمالی برای این مشاهدات کاوش شده است، اخترشناسانی که در سال‌های اخیر ابرنواخترهای دورتر یا دیگر پدیده‌های کیهانی را مطالعه می‌کنند، به جمع‌آوری شواهد و حمایت از این ایده که جهان در طول زمان سریعتر منبسط می‌شود، ادامه دادند، پدیده‌ای که اکنون شتاب کیهانی نامیده می‌شود.
اما، همانطور که دانشمندان موردی برای شتاب کیهانی ایجاد کردند، آنها همچنین پرسیدند: چرا؟ چه چیزی می تواند باعث شود که جهان با گذشت زمان سریعتر گسترش یابد؟
انرژی تاریک دقیقا چیست؟
در حال حاضر، انرژی تاریک فقط نامی است که اخترشناسان به “چیزی” مرموز که باعث انبساط جهان با سرعتی شتابان می شود، داده اند.
برخی انرژی تاریک را دارای اثر فشار منفی می دانند که فضا را به بیرون رانده می کند. با این حال، ما نمی دانیم که آیا انرژی تاریک اصلاً تأثیر هر نوع نیرویی را دارد یا خیر. ایده های زیادی در مورد اینکه انرژی تاریک احتمالاً چه چیزی می تواند باشد وجود دارد. در اینجا چهار توضیح اصلی برای انرژی تاریک آورده شده است. به خاطر داشته باشید که ممکن است کاملاً چیز دیگری باشد.
انرژی تاریک یکی از اسرار بزرگ جهان است. برای چندین دهه، دانشمندان در مورد جهان در حال انبساط ما نظریه پردازی کرده اند. اکنون، برای اولین بار، ابزارهایی داریم که به اندازه کافی قدرتمند هستند تا این نظریه ها را آزمایش کنیم و واقعاً این سوال بزرگ را بررسی کنیم: “انرژی تاریک چیست؟”
ناسا نقش مهمی در ماموریت ESA (آژانس فضایی اروپا) اقلید (که در سال 2023 پرتاب شد) ایفا می کند، که نقشه ای سه بعدی از کیهان ایجاد می کند تا ببیند چگونه ماده در طول زمان توسط انرژی تاریک از هم جدا شده است. این نقشه شامل رصد میلیاردها کهکشان در فاصله 10 میلیارد سال نوری از زمین خواهد بود.
