تلسکوپ فضایی اقلیدس در شکار ماده و انرژی تاریک

چهار شنبه 28 ژوئن 2023

این تصویر از آینه 1.2 متری اصلی تلسکوپ فضایی اقلیدس در طی مونتاژ و تست گرفته شده است.

تلسکوپ فضایی اقلیدس که توسط موسسه فضایی اروپا ساخته شده، در روز شنبه 1 جولای از کیپ کاناورال فلوریدا در آمریکا به فضا پرتاب خواهد شد. این فضاپیما به تلسکوپ فضایی جیمز وب در نقطه لاگرانژ 2، واقع در 1.5 میلیون کیلومتری زمین ملحق خواهد شد تا به بررسی شواهد انرژی تاریک و ماده تاریک با مطالعه توزیع کهکشان ها در جهان دوردست بپردازد.

ماده تاریک، ماده ای نادیدنی است که بیش از 80 درصد کل ماده تشکیل دهنده جهان را می سازد و ستاره شناسان بر این باورند برای معنا پیدا کردن وضعیت کنونی جهان باید وجود داشته باشد. تنها از روی نیروهای گرانشی شکل دهنده عالم می توان به وجود ماده تاریک پی برد. انرژی تاریک در سوی دیگر، مشابه نیروی نادیدنی است که باعث گسترش عالم می شود. اقلیدس شش سال فرصت خواهد داشت به این پرسش پاسخ دهد که آیا این دو نیروی رازآمیز واقعا وجود دارند یا نه.

منبع:

https://www.space.com/34-image-day.html

---

دستیار پژوهش در انجام پروژه های دانشگاهی

با بهترین کیفیت و ارزانترین قیمت

شمار ه پیامک: 09360771981

---

پایان جهان چگونه خواهد بود؟

پایان ستارگان

ما اکنون در دوره ای زندگی می کنیم که کیهان شناسان نام دوران درخشندگی را بر آن نهاده اند، دورانی که جهان پر از ستارگان، نور و گرما است. هر سال یک کهکشان بزرگ همانند کهکشان راه شیری ما تعداد زیادی ستاره جدید تولید می کند و هر نسلی مشعل فروزان را از نسل پیشین به دست می گیرد.

اما از نظر شکل گیری ستارگان، جهان ما دوران نخستین خود را پشت سر گذاشته است. شکل گیری ستارگان تقریبا ده میلیارد سال پیش به نقطه اوج خود رسید و از آن پس روند نزولی داشته است. دلیل این کاهش شگفت پرتو عالم، این است که ما در یک جهان در حال انبساط زندگی می کنیم. کیهان هر روز بزرگتر می شود. اما میزان ماده موجود در جهان ثابت باقی می ماند، بنابراین تمام این ماده به آهستگی در حجم بزرگتر و بزرگتری توزیع می شود.

برای ساخته شدن یک ستاره، ماده باید به حجم های نسبتا کوچکی متراکم شود، بنابراین همچنانکه جهان ما پیرتر می شود، فرصتهای کمتر و کمتری برای تشکیل ستاره در دسترس خواهد بود.

سخن گفتن از آینده دنیا با هر میزانی از دقت دشوار خواهد بود اما می توان تخمین هایی کلی زد. کیهان ما در حال حاضر 13.77 میلیارد سال سن دارد و کهکشان ها برای سالهای مدیدی به ساخت ستاره ادامه خواهند داد. اما در نهایت، تقریبا یک تریلیون سال بعد، آخرین ستاره متولد خواهد شد.

آن ستاره احتمالا یک ستاره قرمز کوتوله خواهد بود که تنها کسری از جرم خورشید ما را داراست. کوتوله های قرمز عمری طولانی دارند و به کندی ذخیره هیدروژن خود را در گداخت هسته ای مصرف می کنند. تقریبا 100 تریلیون سال بعد، آخرین نور نیز خاموش خواهد شد.

کیهان متروک

با به پایان رسیدن آهسته دوران درخشندگی، جهان ماهیت خود را تغییر خواهد داد. با عمر فعلی کیهان، حباب قابل مشاهده ما – که توسط دورترین اشیای قابل مشاهده تعریف می شود – تقریبا 90 میلیارد سال نوری پهنا دارد. حجم موجود در این قطر، تقریبا شامل دو تریلیون (دو هزار میلیارد) کهکشان است.

نه تنها جهان ما در حال انبساط است، بلکه این انبساط شتاب افزاینده دارد. عامل این شتاب افزاینده انبساط عالم که در دهه 1990 کشف شده و به انرژی تاریک موسوم شد، نهایتا دید ما از دوردست های عالم را با پرده ای خواهد پوشاند.

ما هنوز دوردست ترین کهکشان ها را می توانیم ببینیم، زیرا آنها نور خود را مدتها پیش بازتابانده اند، زمانی که به ما بسیار نزدیکتر بوده اند. نوری که حالا در حال تاباندن هستند هیچگاه به ما نخواهد رسید. و از آنجایی که انبساط عالم در حال شتاب یافتن است، مرزهای دیدما رفته رفته نزدیکتر می شود. با گذشت زمان، فاصله ای که فراتر از آن کهکشان ها را نمی توانیم ببینیم به ما نزدیکتر و نزدیکتر می شود.

انبساط عالم باعث می شود دوردست ترین کهکشان ها بسرعت از دید ما برای همیشه خارج شوند. تنها گروه کهکشان های خوشه ما که شامل راه شیری، آندرومدا، تریانگولوم و چند کهکشان اقماری کوتوله هستند در معرض دید ما باقی خواهند ماند زیرا ما توسط گرانش به آنها پای بند شده ایم.

این اتفاق زیبایی نخواهد بود. سه کهکشان خوشه ما نهایتا به شکل یک ابرکهکشان تلفیق خواهند شد و کاملا از هر شیء دیگر در جهان جدا افتاده خواهند بود. به عبارتی در جهان خود تنها باقی خواهیم ماند.

حتی این ابرکهکشان نیز به تدریج تجزیه می شود. تعاملات تصادفی باعث پراکنده شدن ستارگان منفرد می شود و آنها را به مدارهای اتفاقی می راند و بالاخره در دام ابرسیاهچاله مرکز کهکشان خواهند افتاد. پس از 10²⁰ تا 10³⁰ سال، هیچ دستگاه پیچیده ای باقی نمی ماند و تمام اجرام بزرگ بصورت جزایری دورافتاده در دریای از تاریکی بی انتها خواهند بود.

تبهگن ها

در این غایت، کهکشان به آهستگی تجزیه شونده ما شبیه شکل امروزی نخواهد بود. ستارگان مدتها پیش از اینکه کهکشان ما تجزیه شود از میان رفته اند. در عوض، مرگ آخرین ستاره شروع دوران تبهگن را رقم می زند، غایت جهان ما که کوینتریلیون ها سال (هر کوینتریلیون سال برابر یک میلیارد میلیارد سال است) به خود اختصاص خواهد داد.

سیارات مجزا تا این دوران باقی خواهند ماند اما تمامی منابع داخلی گرمای خود را از دست می دهند. همچنین سیارکها، ستارگان دنباله دار و سایر تکه های سیارکی یا خرده ریز فضایی باقی خواهند ماند. بزرگترین ستارگان به ستارگان نوترونی و سیاهچاله تبدیل می شوند. ستارگانی مانند خورشید ما به کوتوله سفید تبدیل می شود. کوتوله های قرمز با از دست دادن قابلیت گداخت هسته ای به کوتوله های سیاه تبدیل می شوند، اجرام ستاره ای فاقد نور عجیبی که هنوز در عمر جهان ما یک نمونه از آنها به وجود نیامده است.

واکنش های کوانتومی تصادفی نهایتا و به آهستگی این اجرام بزرگ مقیاس را تجزیه خواهند کرد. ستارگان مرده اتمهای خود را از دست داد و پس از تقریبا 10⁶⁵ سال دیگر اثری از اجرام بزرگ در دنیا باقی نخواهد ماند.

سیاهچاله ها آخرین اجرام باقیمانده خواهند بود. اما آنها نیز بتدریج به تاریکی مطلق خواهند گرایید. یک فرایند کوانتومی بسیار عجیب به نام تابش هاوکینگ تمام سیاهچاله ها را مجبور به تابش آهسته انرژی و ذرات از خود می کند. این فرایند در اوج ناکارامدی است زیرا تقریبا هر سال تقریبا یک ذره از آنها صادر می شود. سیاهاله ها با آهنگ بسیار آهسته ای جرم از دست می دهند و پس از 10¹⁰⁰ سال آنها نیز از صفحه روزگار محو خواهند شد.

گرایش به تهی شدن

در پایان پایان کار جهان، پس از اینکه تمامی ستارگان بازمانده صحنه را همراه با سیاهچاله های باقیمانده از آنها ترک کردند، هیچ چیز به غیر از ذرات مجزا در دنیا باقی نخواهد ماند. ما هنوز نمی دانیم آیا پروتونها در این دوره حیات پایدار هستند یا نه. اگر پایدار باشند، پروتونها به عنوان بزرگترین ذرات باقیمانده در جهان به حیات خود  ادامه خواهند داد تا این که پس از 10²⁰⁰ سال آنها نیز متلاشی شوند.

اگر انرژی تاریک همچنان بر جهان تسلط داشته و انبساط جهان ادامه یابد، با آنچه با نام مرگ حرارتی جهان موسوم است مواجه خواهیم شد. دوران حاضر کیهان ما دارای انرژی عظیم و تفاوت های بزرگ حرارتی است اما قوانین تغییرناپذیر ترمودینامیک دیکته می کنند که این تفاوت ها بالاخره از بین خواهند رفت.

جهان – آنچه از آن باقی مانده است- به تعادل دمایی خواهد رسید و هیچ تفاوت حرارتی قابل احساسی باقی نخواهد ماند. و این دما به نزول خود ادامه خواهد داد اما هیگاه کاملا به صفر مطلق نمی رسد. بدین ترتیب هرگونه اثری از حیات از بین خواهد رفت، هرچند عجیب و بیگانه باشد.

و در انتها... چه کسی می داند؟ اولین لحظات مهبانگ مانند رازی برای ما باقیمانده زیرا شرایط آنقدر نهایی اند که از درک فیزیکی موجود ما فراتر می روند. همین امر برای آینده بی نهایت دور نیز صادق است. تمام درک ما از فیزیک برپایه آزمایشات و مشاهدات از حالت فعلی جهان است. ما هی مبنایی برای تعمیم فرایندهای فیزیکی به این آینده بسیار دور نداریم.

چه کسی می داند در آینده سرد و تاریک دنیا چه شگفتی های کوانتومی دست به کار تغییر عالم خواهند بود. شاید ناگهان یک مهبانگ جدید ناگهان از خلا برخیزد و جهان جدیدی از خلال خاکسترهای عالم مرده کهن برخیزد. احتمالی که تقریبا ناچیز است اما وقتی با مقیاس زمانی عظیم آینده محتمل مقایسه می شود حتی غیرقابل باورترین شگفتی ها نیز محتمل می گردد.

یا ممکن است چیزی کاملا غیرقابل انتظار روی دهد، چیزی که حتی زبان بیان آن را اکنون نداریم زیرا بخشی از روش کارکرد جهان امروزین ما نیست. تنها می توان به انتظار گسترش مرزهای دانش بشری ماند تا درک بهتری از این اسرار حادث شود.

نویسنده مقاله: Paul M. Sutter

منبع: Popular Mechanics

اختصاصی وبلاگ دنیای علم و تکنولوژی

مسایل حل نشده دنیای فیزیک

در سال 1900 فیزیکدان بریتانیایی لرد کلوین چنین گفت: "اکنون در فیزیک هیچ چیز جدیدی برای کشف کردن وجود ندارد. تمام آنچه باقی مانده اندازه‌گیری دقیق است." در طی سه دهه، مکانیک کوانتوم و نظریه نسبیت اینشتاین، دانش فیزیک را متحول ساختند. امروزه هیچ فیزیکدانی جرات اظهار این مطلب را ندارد که دانش فیزیکی ما ازدنیای پیرامون حتی نزدیک به تکامل است. در تباین با این امر باید گفت که هر کشف جدیدی قفلی است بر یک جعبه از معماهایی بزرگتر و بزرگتر از ابهامات فیزیکی. در این مقاله برخی از بزرگترین رازهای دنیای فیزیک معرفی شده است.

انرژی تاریک چیست؟

با وجودی که گرانش تمایل به درون کشیدن اجرام و آهسته کردن سرعت دور شدن کهکشانها از یکدیگر دارد، دنیا با سرعتی فزاینده منبسط می شود. برای توضیح دلیل این پدیده ستاره شناسان یک عامل نادیدنی را پیشنهاد کرده اند که با گرانش مخالفت کرده و فضا-زمان را به بیرون گسترش می دهد. این عامل نامرئی انرژی تاریک نام دارد. در پذیرفتنی ترین مدل از انرژی تاریک، آن را یک ثابت کیهان شناسی فرض می کنند: یک خاصیت ذاتی خود فضا که فشاری منفی وارد کرده و فضا را گسترش می دهد. برپایه نرخ اندازه گیری شده برای گسترش فضا، دانشمندان به این نتیجه رسیده اند که حدود 70 درصد جهان از انرژی تاریک تشکیل شده است. اما هیچکس نمی داند کجا باید به جستجوی آن برآییم.

ماده تاریک چیست؟

شواهد متقنی وجود دارد که حدود 84 درصد ماده موجود در دنیا هیچ نوری از خود ساتع نکرده یا جذب نمی کند. "ماده تاریک" قابل دیدن مستقیم نیست و هنوز به روشهای غیرمستقیم آشکارسازی نشده است. وجود ماده تاریک و خواص آن از آثار گرانشی وارد بر ماده مشهود، تشعشع و ساختار کیهان قابل اثبات است. دانشمندان بر این باورند که این ماده تاریک در مرزهای کهکشانها نقش غالب را دارد و شاید از ذرات چرجرمی با کنش ضعیف برهم (یا WIMP ها) تشکیل شده است. در سراسر کره زمین آشکارسازهای زیادی برای این ذرات نصب شده اند لیکن تاکنون نتیجه ای بدست نیامده است. یکی از تازه ترین مطالعات انجام شده چنین پیشنهاد نموده است که ماده تاریک ممکن است از جریانهای بلند ریزدانه در سراسر کیهان ناشی شود که از زمین مانند رشته های مو ساتع می شوند.

چرا یک پیکان زمان باید وجود داشته باشد؟

بواسطه خاصیتی کیهانی به نام آنتروپی، زمان همواره در حال پیش رفتن است. آنتروپی به بیان ساده به عنوان سطح بی نظمی تعریف می شود که همواره در حال افزایش است و به هیچ طریق نمی توان پس از ایجاد آنتروپی، سطح آن را کاهش داد. این حقیقت که آنتروپی در حال افزایش است موضوع مباحثات منطقی است: تعداد آرایش های نامنظم ذرات بیش از آرایش های منظم آنهاست. بنابراین هر زمان که اشیا تغییر می کنند، به بی نظمی دچار می شوند. اما در اینجا یک سوال بنیادی پیش می آید: چرا آنتروپی در گذشته آنقدر کم بوده است؟ به بیان دیگر، چرا کیهان در آغاز خود آنقدر منظم بوده یعنی زمانی که مقدار عظیمی انرژی در فضای کوچکی متراکم بوده است.

آیا جهان های موازی وجود دارند؟

داده های ستاره شناسی چنین القا می کنند که فضا-زمان بجای منحنی بودن می تواند مسطح باشد و در نتیجه تا ابد گسترش آن ادامه خواهد داشت. اگر چنین باشد، ناحیه ای که می توانیم ببینیم (که از آن به عنوان کیهان تعبیر می‌شود) تنها تکه ای در یک یک کیهان چندگانه بطور نامحدود بزرگ است. در عین حال، قوانین مکانیک کوانتوم چنین اجبار می‌کنند که در هر تکه از کیهان تنها تعداد محدودی از پیکربندی های ممکن ذرات می توانند وجود داشته باشند. بنابراین با فرض وجود تعدادی نامتناهی از تکه های کیهانی،  آرایش های ذرات مجبور به تکرار شدن در آنها هستند: یعنی تکه‌های کیهانی درست مانند آنچه ما در آن زندگی می‌کنیم (شامل فردی دقیقا مثل شما!) ممکن است وجود داشته باشند. گستره آنها از تکه‌های کیهانی است که تفاوت آنها فقط در موقعیت یک ذره است تا تکه هایی که کاملا با هم تفاوت دارند.

سرنوشت کیهان چیست؟

سرنوشت نهایی کیهان قویا به یک ضریب بامقداری در حال حاضر نامعلوم به نام ضریب گاما بستگی دارد. گاما میزانی از چگالی ماده و انرژی در سراسر کیهان است. اگر گاما بزرگتر از 1 باشد، فضا-زمان مانند سطح یک کره عظیم بسته خواهدبود. اگر هیچ انرژی تاریکی وجود نداشته باشد، چنین جهانی نهایتا از انبساط باز خواهد ایستاد و شروع به منقبض شدن می نماید بطوریکه در پایان به درون خود فروریخته و رمبش عظیم را موجب می شود. اگرکیهان بسته بوده و لیکن انرژی تاریک وجود داشته باشد، کیهان کروی شکل برای همیشه انبساط می یابد (مانند توپ در حال باد شدن).

از سوی دیگر اگر گاما کوچکتر از 1 باشد، هندسه فضا مانند سطح یک زین اسب باز است. در این حالت، سرنوشت نهایی یک انجماد عظیم به دنبال یک شکاف عظیم خواهد بود: ابتدا شتاب رو به بیرون کیهان باعث جدایی کهکشان ها و ستاره‌ها خواهد شد و تمامی ماده را منجمد و پراکنده باقی خواهد گذاشت. سپس شتاب گسترش جهان چنان قدرتمند خواهد شد که براثرات نیروهای نگهدارنده اتمها کنار یکدیگر غلبه کرده و همه چیز درکیهان به ذرات مجزا از هم خواهد گسیخت.

اگر مقدار گاما برابر 1 باشد، کیهان مسطح است و مانند یک صفحه نامتناهی در تمامی جهات گسترش خواهد یافت. اگر انرژی تاریکی وجود نداشته باشد، چنین جهان مسطحی برای همیشه انبساط می یابد لیکن شتاب این گسترش رو به کاهش دارد که نهایتا به توقف منجر می شود. اگر انرژی تاریک وجود داشته باشد، انبساط فزاینده جهان به از هم گسیختگی بزرگ نهایی منجر خواهد شد. صرفنظر از نحوه ریواد این سناریو، همچنانکه پاول ساتر در مقاله ای به تاریخ دسامبر 2015 بطورمشروح مورد بحث قرار داده است، کیهان در حال مرگ است.

منبع:

http://www.livescience.com/34052-unsolved-mysteries-physics.html