کیهان شناسی در هزاره نو

● مقدمه
انجمن نجوم آماتوری ایران بعنوان مركزی قانونمند درزمینه برنامه هایی نجوم آماتوری طی سالیان اخیر فعالیتهای مطلوبی در این بخش این بخش داشته است كه از جمله به برگزار ی دوره های آموزشی رصد های خارج از شهر ،‌رصدهای عمومی درپاركها و فرهنگسراها ،‌برگزاری همایش و نشستهای نجوم آماتوری ،‌ساخت وراه اندازی مراكزنجومی همچون مركزاختر شناسی ابن صلاح همدانی دراستان همدان و رصد خانه شهرك توحید در استان بوشهرپرداخته وبا عضوگیری ،‌تهیه خبر نامه و گاهنامه و ارایه مقالات تخصصی درسایت اینترنتی انجمن و درهمكاری با رسانه های گروهی كشور ازجمله روزنامه مجلات علمی و صداو سیما ، سعی درگسترش دانش كهن و درعین حال جذاب اختر شناسی داشته است.
مقاله ای كه تحت عنوان كیهان شناسی در هزاره نوارایه شده ازجمله تلاشهای یكی ازاعضای فعال انجمن به نام سركار خانم سیما قدیرزاده است كه تا بحال دودوره آموزشی را درانجمن پشت سر گذارده اند و در رصدها ی تخصصی و فعالیتهای گروهی زیادی در كنار دیگر اعضا و بالاخص گروه پژوهش انجمن بوده اند.
لازم به ذكر است گروه پژوهش انجمن نجوم آماتوری ایران با تهیه وتدوین طرحهای پژوهشی وتحقیقاتی دردو بخش كوتاه مدت وبلند مدت و سامان بخشیدن به مطالعات مختلف آماتورهای كشور در این زمینه ها مشغول به فعالیت است و علاقمندان می توانند در ارتباط با این گروه به پژوهشهای مورد علاقه شان بپردازند .
ما اكنون در میان انقلابی از دانسته هایمان پیرامون سر منشاء تكامل جهان هستیم. انقلابی كه هم ازنظریه های جدید وهم ازتكنولوژی پیشرفته تغذیه می كند. تلسكوپهای فضایی ای كه ازآن سوی طیف الكترومغناطیسی جهان را زیر نظر دارند، تلسكوپهای عظیم زمینی، ابر رایانه ها وشتاب دهنده های ذرات اتمی وحتی تلسكوپهای زیرزمینی ، همگی نقش مهمی را در این زمینه ایفا می كنند .
به مدد نظریه نسبیت عام انیشتن و فیزیك نوین ذرات، میتوان با اطمینان بیشتری تاریخ كیهان را از زمان تركیب ذرات بنیادی،كه دریك میكرو ثانیه بعداز پیدایش جهان به وجود آمدند، بررسی كرد.
بعد از چند دهه تلاش وكوشش ما نتوانسته ایم ویژگی اساسی جهان خودمان را شناسایی كنیم .
در توافق نظر جدید كه در یك دهه قبل به سختی قابل تصوربود ، بیشتركیهان شناسان عمرجهان را ۷/۱۳ میلیاردسال می دانند و عقیده دارندكه تخت است ( یعنی از هندسه اقلیدسی تبعیت می كند ، با خطوط موازی ای كه در بی نهایت هم موازی می مانند وزوایای داخلی مثلث كه مجموعاً‌۱۸۰ درحه هستند.)نظرات جدیدی كیهان شناسی تعدادی ازمشكلاتی راكه به مدت چند دههه مطرح بوده اند ، حل می كنند . معروفترین این معضلات این بودكه جهان ، جوان تر از ستاره هایی كه درآن قراردارند به نظر می آمد .
برابری اندازه گیری های مستقل با مقادیركلیدی مانند ثابت هابل نیز از موضوعات مهم كیهان شناسی هستند . بیشترماده كهكشان هیچ نوری ازخود منتشر نمی كند و برخلاف ماده كه برای ماآشناتروملموس تراست ، از نوترون وپروتن تشكیل نشده .به نظر می آید این ماده سیاه عجیب كه ۳۰ درصدازكل جرم –انرژی جهان را تشكیل می دهد ،ازنوعی ذره بنیادی تشكیل شده كه كمی بعد ازانفجار بزرگ به وجود آمده است.حتی شگفت آورترازاین، دو سوم از جرم – انرژی كیهان است كه ازانرژی تاریك اسرارآمیزتشكیل شده، كه باعث سرعت یافتن گسترش جهان می شود.
● ساختار انفجار بزرگ
اساس دریافت ذهنی ما ازتكامل جهان ، مدل انفجار بزرگ است كه برپایه نظریه نسبیت عام انیشتن و رصدهای ادوین هابل در موردگسترش جهان مطرح شد . اثر متقابل تئوری و رصد دراینجا اهمیت خاصی دارد .درساختار نسبیت عام فضا و زمان می توانند بپیچند ، خم شوند وكشیده شوند .
بوسیله رصد نیز گسترش جهان به خوبی رؤیت شده البته این گسترش به صورت به جلو برده شدن ماده است و نه پرتاب شدن آن درخلاء .علاوه براین، میل به قرمز( redshif ) نورساطع شده ازكهكشانهای دور دست ، با اثر دوپلر ،كه در اثرحركت در میان فضا به وجود می آید توجیه نشده ، بلكه به عنوان نتیجه گسترش فضاكه باعث كشیدگی طول موج فوتونهای راهی زمین می شود،توضیح داده شده است.
(پدید میل به قرمزدراثركشیده شدن فوتونهای رسیده به زمین ازیك كهكشان دوردست ظاهر می شودكه باعث شكافته شدن خطوط جذبی درطیف كهكشان وتمایل آن به طیفهای قرمزتر نورمرئی- درمقایسه با ستارگان كهكشان راه شیری ـ می شود.) میل به قرمز یك كهكشان دوردست مستقیماً نشان می دهد جهان از زمانی كه نورآن كهكشان را ترك كرده است چفدر بزرگ تر شده .تفاوت اندازه برابر میل به قرمز ( ۲)+۱ است .به طور مثال دورترین كوازار شناخته شده میل به قرمزی برابر۴/۶ دارد . یعنی حجمی ازفضا كه درزمان ترك نور از كوازار یك میلیون سال نوری پهنا داشته ، اكنون ۴/۷ میلیون سال نوری است!
نظام انفجار بزرگ بسیار یا از ویژگیهای اصلی جهان امروز را در خودجای می هد - البته همه آنها را توضیح نمی دهد- از جمله : تخت بودن فضا،امواج پس زمینه كیهانی ، وبرآمدگیهای موجوددر ماده آغازین كه ساختارهای بزرگ .آشكار امروزی راپدید آورده اند.در سال ۱۹۸۰ فیزیكدانی به نام آلن اچ - گروت نظریه ای ارائه كردبه نام تورم** .
بعدها دیگران نیز توضیحاتی به این نظریه افزودند .
این تئوری كه نشات گرفته از فیزیك كاربردی ذرات است ، مهمترین ویژگیهای جهان امروزراتوضیح می دهد.درتئوری تورم قسمتهای كوچك كیهان اولیه به طور تصاعدی گسترش پیدا كردند وقسمتی از فضاراكه ماامروزه می بینیم ،صاف تر كردند.مانند وقتی كه بیشتر بادكردن یك بادكنك باعث می شودقسمت كوچكی روی سطح آن صاف تر به نظر برسد.
گفته می شود دلیل اصلی جریان یافتن این گسترش انرژی پتانسیلی وابسته به انرژی فرضی است به نام inflaton این انرژی پتانسیل inflatin است كه حرارت چشم گیر انفجار بزرگ رافراهم كرده درحین پدیدهinflaton نوسانات كوانتومی در مقیاسهای زیر اتمی بوسیله گسترشی مهیب به اندازه های نجومی می رسند این بزرگتر شدن ها درسالیان دراز بعدی به همراه گرانش رشد كردند ودر نهایت به پیدایش كهكشانها وخوشه های كهكشانی كنونی انجامیدند ازنظریه تورم می توان سه نتیجه گیری كرد:
۱) فضا بایددرلبه مرئی آن صاف به نظر برسد.
۲) توزیع ماده در مقیاسهای نجومی باید منشاكوانتومی داشته باشد.
۳) فضا رابایدپس زمینه ای ازامواج گرانشی فرا گرفته باشد،كه بوسیله نوسانات كوانتومی بعد از۱۰ ثانیه به توان ۳۲- از شروع جهان بوجود آمده اند .دوپیش بینی نخست اكنون با اندازه گیری هایی كه روی CMBR انجام می شوددیده شده اند.( وسومی نیزاحتمالاً درآینده ای نه چندان دوربااندازه گیری ها به اثبات خواهد رسید.)اكنون به بحث درباره گسترش جهان می پردازیم.
● گسترش جهان
در سال ۱۹۲۹ ادوین هابل و میلتون هوماسون ، فاصله چند كهكشان نزدیك را اندازه گیری كردند و رابطه میان فاصله و سرعت عقب نشینی آنها را بدست آوردند( كه وقتی كهكشانی با سرعتی كمتر ازكسری از سرعت نور از ما دورمی شود، این رابطه با میل به قرمزآن متناسب است.) این مؤلفه تناسب ، ثابت هابل نام دارد ( H ۰) وسرعت گسترش جهان امروزرا اندازه گیری می كند.
تعیین دقیق فواصل كهكشانی به طرز شگفت آوری سخت است و پیچیدگیهای زیادی مزاحم تلاش برای مشخص كردن H ۰ می شود.اكنون با استفاده از پیشرفتها و ابزار پیچیده و به مدد روش های متعدد و متفاوت اندازه گیری ، برمقداری برای ین ثبات اتفاق نظر شده .
فواصل دقیق كهكشانی در مقیاسهای دوركه بوسیله بخشی از پروژه كلیدی هابل ( hstkp ) بدست آمده است ، قسمتی از سرفصلهای مدنظر آقای فریدمن ( f reed man ) مدیر این پروژه را تشكیل می دهد .
با آشكار سازی و اندازه گیری ستاره های متغیر ( Cepheid) در ۲۴ كهكشان مارپیچی ، هابل محققان این پروژه را قادر كردتا ۵ روش تنظیم شده ، به عنوان دومین شاخص فاصله ، برای فواصل بیش از۱ میلیارد سال نوری، بدست آوردند.چنین فواصلی به خوبی در مسیر رصدی هابل قرار دارند. جایی كه اثر مخرب اجتماع كهكشانهای پر جرم، همچون خوشه سنبله، تاثیر محسوسی در اندازه گیری ها ندارند.
باتركیب هرپنج تكنیك ، مقدار۷۲كیلومتردرثانیه ، درمگاپارسك –باخطایی حدود۱۰ درصد – برای ثابت هابل بدست آمد .درحالیكه پارامتر اندازه گرفته شده توسط خودهابل ۵۵۰ كیلومتردرثانیه درمگا پارسك بود .ازآنجاكه اندازه جهان قابل رصد و سن آن ، هردوباثابت هابل رابطه عكس دارند.رشدی كه این مقداراصلاح شده برای جهان قابل رؤیت نشان می دهد هشت برابر گسترشی است كه فبلاً برای جهان اندازه گرفته شده بود.گروههای نجومی دیگری هم با ثابت هابلی كه این پروژه بدست آورد موافقت كردند.پس می توان گفت یكی ازپارامترهای مهم كیهان شناسی بالاخره تعیین شده است.
● سن جهان شتابدار ما
ثابت هابل می تواند زمانی كه ازانفجار بزرگ می گذرد و اندازه قسمتی از جهان راكه برای ما قابل رؤیت است ، تعیین كند .مدت زمانی كه از انفجار بزرگ می گذرد ، به سرعت گسترش كنونی جهان ونیز سرعت گسترش آن درگذشته بستگی دارد.گرانش حاصل ازوجودماده رشدیافتن جهان راكند می كند- مانند توپی كه وقتی به آسمان پرتاب می شودنیروی جاذبه زمین سرعتش راكم می كند.
دانشمندان چنددهه است كه برای یافتن این شتاب منفی تلسكوپهایشان را به انتهای محدوده جهان قابل رؤیت نشانه رفته اند.این افراد امیدوارند با اندازه گرفتن میزان كندشدن گسترش جهان ، سرنوشت آن را مشخص كنند.آیا این كند شدن برای معكوس كردن گسترش ودر نتیجه جمع شدن دوباره جهان كافیست؟ نشانه های بدست آمده از رصدها و تئوریهای نظری ۵ سال اخیر ،كیهان شناسان رابه این تفكرسوق داده كه جهان از ماده ای با چگالی بحرانی C ritical density تشكیل شده است .
پارامتری كه میتواندگسترش جهان را بدون اینكه جمع شدن دوباره اش را تسریع بخشد ، آهسته كند . این نظریه یك تناقض بوجود می آورد .سنی كه با تركیب اندازه ثابت هابل و اینr s برای جهان تخمین زده می شد ۹ میلیارد سال بود ، درحالیكه پیرترین ستارگان دركهكشان راه شیری ۱۳-۱۴ میلیارد ساله اند! دردهه ۱۹۹۰ بابه كارگیری تركیبی ار تكنولوژی (دوربین های CCD ۱۰۰۰مگا پیكسلی) ویك شاخص دقیق در فاصله ای دور( ابرنواخترهای نوع Ia) بالاخره شتاب منفی جهان اندازه گیری شد.
اما این به معنی پیدا كردن این شتاب منفی نبود! چراكه در سال۱۹۹۸ دوگروه به رهبری لارنس بروكلی و سالپرلماتد پی بردندكه نورابرنواخترهایی كه درفاصله چندین میلیارد سال نوری قرار دارند، كمتر از مقداری است كه برای جهانی باشتاب منفی وبا چگالی بحرانی صدق می كند.نتیجه تلویحی این كشف غیرمنتظره این بود:
گسترش جهان در حقیقت درحال سرعت گرفتن است.با اینكه غباربین كهكشانی وتكامل ابرنواخترهم می تواند باعث این كاهش نورشود ،آزمایشات زیادی تاثیر این پارامترهارا برروی كم شدن نوراین ابرنواخترهاردكرده اند.ظاهراً جهان واقعاً درحال سرعت گرفتن است .تاوقتی كه قدرت جاذبه بامجموع چگالی ماده در جهان و فشاری كه از هر سانتیمتر مكعب به وجو د می آید نسبت مستقیم دارد،می توان این كشف رابانظریه انیشتن توجیه كرد.
فشارمنفی عظیم موجوددرجهان(چیزی كه كیهان شناسان به آن خاصیت كشسانی فضا-زمان می گوند) می تواند اثر دافعه گرانشی ایجادكند،كه این برای سرعت بخشیدن به گسترش جهان كافی است.
رصد ابرنواخترها مداركی مبنی بر وجودماهیتی كشسان وعجیب بدست می دهدكه آنرا انرژی تاریك نامیده اند.انرژی تاریك كه تایك دهه قبل ازطرف بیشتركیهان شناسان ردمی شد،اكنون به نظر می رسدكه بیش از دوسوم ذخیره جرم – انرژی كیهانی را تشكیل می دهد.این كشف شگفت آورباعث شدكه كیهان شناسان در تفكرشان درموردسرنوشت نهایی جهان تغییراتی دهند.اگرجهان تنها ازماده تشكیل شده بود،سرنوشت آن تنها ازروی انحنای فضایی آن قابل تشخیص دادن بود .
یك جهان بسته *(كه دارای انحنای مثبت است)سرانجام جمع شده وفرو می ریزد .در حالیكه یك جهان تخت یا باز* ( كه دارای انجنای منفی است) تا ابد به گسترش می یابد.البته انرژی تاریك هردواحتمال –گسترش ابدی وفروریزی نهایی -را برای جهان ظاهراً تخت ماپیش بینی می كند.
در اینجا هندسه جهان دیگر به پیش بینی سرانجام آن كمكی نمی كند .تا وقتی كه انرژی تاریك كاملاً شناخته شود، پایان كار جهان ما بلاتكلیف خواهد ماند. گرچه اگر گسترش جهان تا۳۰ میلیاردسال دیگربه سریعتر شدن خود ادامه دهد، آسمان ازكهكشان خالی خواهدشد(بجزچندكهكشان درخوشه كهكشانی سنبله).
درحالیكه گرانش جاذبه ای ماده ی عمدتاً سیاه جهان،گسترش آن را كند تر می كند،گرانش دفعی (شتاب منفی) كه دراثرانرژی سیاه بوجودآمده سعی درسرعت بخشیدن به آن را دارد .بنابراین اندازه گیری مقادیرانرژی وماده تاریك به ما اجازه می دهد فیلم كیهانی راتا زمان بوجودآمدن آن عقب ببریم و زمان شروع آن رادریابیم .برای جهان مطلوب امروزی – جهانی تخت با ثابت هابل ۷۱ تا۷۲ ونسبت ماده تاریك به انرژی سیاه سه به هشت - زمان انفجار بزرگ حدود ۵/۱۳ میلیارد سال پیش است كه البته ۱۰ درصد احتمال خطا برای آن در نظر گرفته می شود.
روش های دیگر اندازه گیری عمده جهان نیزاین رقم راتایید می كنند.
بهترین این روش ها، روشی است كه در آن عمر پیرترین ستارگان راه شیری كه درخوشه های كروی قرار دارند،اندازه گیری می شود.مدلهای اخیر كامپیوتری عمری حدود۵/۱۲ میلیارد سال رابرای ستارگان موجوددراین خوشه ها تخمین می زنند.(بازهم باخطای ده درصد) پیدایش این ستارگان قدیمی بیشتر از یك میلیارد سال طول نكشیده است كه بااضافه كردن این مقداربه عمرستارگان نتیجه ای با مطابقت دلخواه با عمر گسترش جهان بدست می آید.ازكرونومترهای كیهانی دیگر مانند كتوله های سفید و ایزوتوپ های رادیواكتیو نیز نتایج مشابهی بدست آمده است.
● آرایش شبكه ای از ماده سیاه ، با ستارگان
یكی از ویژگیهای دورازانتظار جهان بدون شك این واقعیت تامل برانگیز است كه ستارگان حدودیك درصد ازكل ذخیره جرم – انرژی آن را تشكیل می دهند.(وحتی كسری كمتر ازذخیره ماده آن را)درحالیكه یك چهارم كل جرم انرژی كیهانی را ماده تشكیل می دهد.،بیشتر آن تاریك است ووجودش تنها از آثار گرانشی آن قابل دریافت است.
ماهیت این ماده تاریك هنوزناشناخته مانده،گرچه مامدارك محكمی داریم مبنی براینكه قسمت اعظم این ماده نمی تواند از پروتن ها ونوترونها ساخته شده باشد)اجزای تشكیل دهنده هسته اتم كه جمعاً باریون نامیده می شوند.(
درحقیقت كیهان شناسان توانسته اند باوزن كردن كهكشانها وخوشه های كهكشانی شواهد محكمی برای اینگونه ناشناخته ماده فراهم كنند.امروزه ماده باریونی اشكال مختلفی به خود می گیرد- ازابرهای سازنده ستارگان گرفته تاسیاهچاله ها .گرچه بررسی واكنشهای هسته ای انفجار بزرگ ، به ما اجازه می دهد شرح ومقدار نسبتاً‌دقیی از زمانهای پیشین كه ساختار جهان ساده تر بودبدست آوریم.
اماآمارگیری دقیق از موادباریونی در جهان امروزی هنوز نیمه تمام مانده است .مثلاً میزان فراوانی دوتریم –ایزوتوپی ناپایدار وسنگین از هیدروژن كه تنها در انفجار بزرگ بوجود آمد – به چگالی كلی ماده باریونی كیهانی بستگی دارد.با انداره گیری مقدار دوتریم درابرهای گازی نخستین
و به مددنظریه واكن هسته ای انفجاربزرگ،كیهان شناسان نتیجه گرفته اندكه ماده معمولی تنها چهاردرصد ازچگالی بحرانی را تشكیل می دهد.كه البته این ازمقدار ماده ا ی كه درستارگان دیده می شود، بسیار كمتر است .
اندازه گیری مقادیر CMBR نیز نتایج مشابهی را نشان می دهند. منجمان براین باورنددكه ماده عادی غیر قابل رؤیت كه حدو سه چهارم محتوای كل ماده ی باریونی را تشكیل می دهد، به وفور وبه صورت گاز گرم درمیان كهكشانها قرار دارد.دركل مقدار ماده – باریونی وغیرباریونی كه بیشتر آن نیز تاریك است – هشت برابر بیشتر از ماده باریونی است. تصویری گرافیكی كه از حضور ماده تاریك تهیه شده ، از رصدهای خوشه های كهكشانی ای كه در اثر گرانش ، نور كهكشان های دور دست تراز خودشان را منحرف وتشدیدی می كنند.
بدست آمده است .منجمان همچنین توانسته اند مقادیر چشمگیری از ماده غیر قابل رؤیت رابااندازه گرفتن سرعت های ستارگان درمیان كهكشانها وسرعت كهكشانها درمیان خوشه های كهكشانی،شناسایی كنند.بدون وجود ماده ی تاریك غیرقابل رؤیت،این اجرام پرسرعت باید مدتها پیش متفرق می شدند.همچنین اندازه گیری دمای گازمیان خوشه هاكه چندمیلیون درجه دمادارند، اشعه ایكس ساطع می كنند و بیشترماده معمولی میان كهكشانی را تشكیل می دهند،می تواندعمق پتانسیل گرانشی بوجود آمده دراثر ماده ی تاریك راتعیین كند.بعلاوه مقدار گاز میان یك خوشه كهكشانی رامی توان بوسیله انحراف كوچكی كه درتشعشع مایكروویوپس زمینه كیهانی( CMBR) بوجود می آورد،بدست آورد.
● ساختار جهان در مقیاس بزرگ
جهان امروزساختارهای فراوانی رادرخودجای می دهد،ازخوشه ها وابرخوشه ها گرفته تا پهنه ها، فضاهای خالی ورشته های ماده موجود درخلاء .
فن آوری لازم برای این نقشه برداری بوسیله طیف نگارهای جدیدی تامین می شود كه می توانند میل به قرمزصدها كهكشان رادرآن واحدتعیین كنند.عظیم ترین این پروژه ها نقش۲ dFGRS * است كه با درنظر گرفتن حدود ۲۵۰ هزار میل به قرمزرسم شده وهمچنین نقشه برداری S DSS** كه شمارمیل به قرمزآن درحدود پروژه اول است اما قصددارد تا سال ۲۰۰۵ این مقداررا به هفتصدهزار افزایش دهد.
مااكنون می دانیم كه نظامهاییبه بزرگی ۳۰۰ میلیون سال نوری وجوددارندكه بزرگترین ساختارهای جهان محسوب می شوند. ساختارهایی كه بوسیله كهكشان ها رسم شده اندعلاوه برنشان دادن نحوه توزیع ماده تاریك،راهی غیرمستقیم برای بررسی اولین لحظات جهان فراهم می كند. این بررسی از تئوری جهان نخستین حاصل می شود.این تئوری شرایط شكل گیری اولیه ی ساختارها رامشخص می كند.
ماده تاریك سرد (كه بسیار آهسته تراز نورحركت می كندوتنها دربرابر نیروهای گرانشی عكس العمل نشان می دهد ) وناهمگنی های كوچك درتوزیع ، ( كه ازنوسانات كوانتومی درحین تورم به وجودمی آیند.) این شرایط را تشكیل می دهند .
هنگامی كه جهان ده هزار ساله بود ، تشدید گرانش برآمدگیهای كوچك درماده تاریك سردشروع شد .
كه این تشدیدسرانجام به نظامهایی كه ماامروزه رصد می كنیم انجامید.كلیه آزمودن رابطه میان این موقعیتهای ابتدایی ونقشه كنونی كهكشانهاشبیه سازی های كامپیوترنیست.منجمان خواص جهان هایی را كه با توجه به پارامترهای كیهان شناختی و موقعیتهای آغازین متفاوت ، شبیه سازی شده اند محاسبه می كنند وباآنچه دردنیای واقعی رصد می شودمقایسه می كنند.این شبیه سازی ها باهم مغایرت دارندوباتوجه به پیش بینی هایی برای چند جها ن متفاوت انجام میشوند. برای مثال برای جهانی كه تنها حاوی ماده تاریك داغ است
(نوتونیوهایی *كه باسرعتی نزدیك سرعت نور حركت می كنند ) یا جهانی كه فقط از ماده معمولی ( باریونی) تشكیل شده ویا دنیایی با چگالی بحرانی تحت تاثیر ماده تاریك سرد. البته مدلهای تخت شامل ماده تاریك سرد فراوان وحتی انرژی تاریك بیشتربه خوبی با ساختار مقیاس بزرگ جهان كه امروزه نقشه برداری شده قابل مقایسه هستند .
آزمایش دیگری كه برای بررسی تئوریهای پیدایش جهان انجام می شود از رصدآغاز پیدایش كهكشانهانتیجه می شود .
درمدل حاوی ماده تاریك سردساختارها به صورت سلسه مراتبی شكل می گیرند . در این سلسه مراتب كهكشانهای آغازین درمیل به قرمز ۶یا۷ ظاهر می شوند وكهكشانهایی مانند راه شیری با میل به قرمزدر حدود۱یا۲ سپس پیدایش كهكشانها با خوشه هایی درمیل به قرمزیك یاكمتروابرخوشه هایی كه اخیراً‌به هم پیوسته اند ، ادامه پیدا می كند.درحالیكه رصد قطعی كهكشانها ی اولیه درانتظار پرتاب تلسكوپ فضایی جیمزوب است ، این زنجیره تكاملی بارصد قسمتی از جهان كه میل به قرمز زیادی دارد مطابقت می كند.
كشف تشعشع مایكروویوكیهانی در سال ۱۹۶۴ بوسیله آرنوپنزیاس* ورابرت ویلسون*** مسیر كیهان شناسی راتغییر داد.این پدیده برداشت كلی ای به كیهان شناسی ارائه كرد.وقتی كه جهان ۴۰۰ هزارساله و۳/۱ میلیاردبار چگالی ترازامروز بود.این تابش باقیمانده از انفجار بزرگ ثابت می كندكه جهان،آغازی داغ داشته است.
كشفی كه درسال۱۹۹۲ توسط كاوشگر تشعشعات كیهانی ( COBE ****) صورت گرفت تقریباً به اهمیت كشف وجود این تشعشات بود.دمای CMBR (كه به طور متوسط ۷/۲ درجه بیشتر ازصفر مطلق است )درپهنای آسمان با تفاوت حدوداً ۰۰۱/۰ تغییر می كند.این عدم تقارن های كوچك مدارك محكمی برای ناهمگنی های چگالی ای است،كه احتمالاً‌ساختارهای امروزی جهان را شكل داده اند.
وسیله به كار رفته در COBE كه تفاوتهای كوچك دمایی را شناسایی كرد، تنها می توانست پدیده هایی راتفكیك كندكه در پهنه آسمان بیشتراز حدود ۷ درجه پهنا داشتند- اجزایی معادل بزرگترین ساختارهای قابل رؤیت درجهان امروز- . عدم تقارن هادرمقیاس های زاویه ای كه باواحد دقیقه قوسی اندازه گیری شده اند ،اطلاعاتی در مورد نوسانات چگالی كه كهكشانها وخوشه های كهكشانی راپراكنده كرده اند، فراهم می كنند.
علاوه براین می توان با مطالعه این پدیده وبررسی خصوصیات جهان نوزادبوسیله ابزارهایی باقدرت تفكیك بالاتر از COBE نظریه تورم رامورد آزمایش قرار دادوپارامترهای كیهانی شناختی ای مانند تقعر جهان وچگالی ماده ی معمولی وتاریك را اندازه گیری كرد.
نقاط داغ وسردآسمان نقشه برداری شده با مایكروویو علاوه براینكه به برآمدگی آغازینی كه امروزه بوسیله تورم منتقل شده بستگی دارند،بلكه با پارامترهای مهمی از كیهان شناسی نیزرابطه دارند.پی بردن به این حقیقت باعث بوجود آمدن جوش و خروش زیادی برای فعالیتهای تجربی شده . بیش از بیست آزمایش زمینی و هوایی از زمان COBE تا بحال برای بررسی CMBR صورت گرفته است.
این تلاشها به تجربه ماهواره ای دیگری انجامید كه تاكنون سرتاسر آسمان مایكرویو راباقدرت تفكیك ۳۰ برابر وحساسیت ۱۰۰ برابر COBE نقشه برداری می كند.این پروژه كه فضا پیمای * نوعی ذره بنیادی باجرم بسیاركم كه تصور می شد قسمت اعظم ماده تاریك را شكل می دهدواحتمالاً آن قسمت از نوترینوهایی كه در انفجار پدید آمدند۱/۰ تا۵ درصد از چگالی بحرانی را تشكیل می دهند.
پژوهشی مایكروویو WMAP * نام دارد ، اكنون بابه پایان رساندن اولین سال ماموریت چهارساله اش نقشه ای تماشایی از جهان نوزاد تهیه كرده ،شگفتی ای كه WMAP برای كیهان شناسان به ارمغان آورد این بودكه هیچ چیز شگفت آور نبود! وبا محاسبات قبلی تطابق خوبی داشت ، هرچند معلوم شدپیدایش ستارگان زودتراز آنچه پیش بینی شده بود شروع شده – تنها ۲۰۰ میلیون سال بعد از انفجار بزرگ WMAP موقعیت جهانی كه قبلاً پیش بینی شده بود راتحكیم كرد.جهانی ۵/۱۳ میلیارد ساله شامل یك سوم تا یك دوم ماده وانرژی تاریك و۴ درصد ماده معمولی (باریونی).این پروژه همچنین مقداربدست آمده برای ثابت هابل توسط پروژه كلیدی هابل( HSTKP)راتایید می كند.
نتایج WMAP باایده كلی تورم سازگاری دارند ولی تورم نظریه ای با گونه های متعدد است وبادرست انگاشتن یكی از آنها ، دقت بی سابقه ی WMAP عصر جدیدی را برای نظریه پردازان كیهان شناسی شروع می كند.
● مرزهای نوین
دراین دوران هیجان انگیز كیهان شناسی ، كشفیات جدید بابالابردن سطح آگاهی باعث پدید آمدن چند سری سئوال شده اند: ماده تاریك چیست؟ ماهیت انرژی تاریك اسرار آمیز وگرانش دفعی آن چیست؟ چرا طرز كارجهان ماتااین حدپیچیده است؟ ودنیا چطور آغاز شد؟این سئوالات درحین سادگی نشان می دهندتكامل دانش مادرشناخت جهان به چه سطحی رسیده است.آخرین سئوال- دنیا چطور آغاز شد- ازآن دسته سئوالاتی است كه بشر برای چند هزار سال از خود پرسیده .
باتوچه به متن نسبیت عام ، پاسخ ساده است: انفجار بزرگ تنها آفریننده ماده ، فضا وزمان است.بدون توضیح بیشتر.این جواب البته قانع كننده نیست ودلایلی وجود دارند كه بپذیریم پاسخ عمیق تری برای این سئوال هست.نسبیت عام شرحی ناقص ازگرانش است چون شامل مكانیك های كوانتومی نمی شودوگرانش رابادیگر نیروهای بنیادی تلفیق نمی كند.
بیشتر فیزیكدانان معتقدند نسبیت عام حرف آخررا درمورد گرانش نمی زندونظریه ای گسترده تر می تواند شگفتیهایی مانند انفجار بزرگ را توضیح دهد:درحال حاضر نظریه ریسمان (كه به M -Theory نیز معروف است) باوجود ناقص بودن ومورد آزمایش قرار نگرفتن بهترین تفكر رادر مورد پیوند گرانش ، دیگر نیروهای بنیادی ومكانیكهای كوانتومی ارائه می دهد.بااینكه نظریه تورم ریشه ای در نظریه ریسمان ندارد ، اما امكان دارد درآخر توضیح خودرا دراین نظریه بیابد.وهرچندتورم نظریه ای محكم است اما به آزمایشات عملی بیشتری نیازدارد.
دونتیجه ازسه نتیجه ای كه این نظریه پیش بینی می كندتابه حال مراحل اولیه ی آزمایشات خورراپشت سرگذاشته اند ودرآینده به طور جدی تری این آزمایشات پیگیری می شوند.این دو نتیجه عبارتنداز تخت بودن فضا وسرمنشاء‌كوانتومی ناهمگن بودن ماده ی موجود درجهان.پیش بینی سوم- وجودپس زمینه ای از امواج گرانشی –نیز بوسیله آزمایشاتی پی گیری می شودكه به دنبال رد قطبشی اندكی می گردندكه امواج گرانشی می توانندبروی CMBRایجاد كنند.نظریه ریسمان تاكنون توضیحی فیزیكی برای انرژی تاریك فراهم نكرده واین یك اشكال عمده است.
هنوزسئوالات كیهان شناسی مهم دیگری نیزمطرحند.
مثلاً چه زمانی اولین ستاره ها شكا گرفتند؟كهكشانهای منفرد چگونه تشكیل شدندوچطورتكامل می یابند؟كی وكجا عناصر شیمیایی ای كه بعداز عناصر موجود درانفجار بزرگ بودند (عناصر سنگین تری كه برای حیات ما مفید هستند)پدید آمدند؟ قسمت عمده ماده معمولی جهان كجاست وآیا فقط شامل گاز داغ است؟ پاسخ به این سئولات نیازمندرصدها ووسایل جدید وهمچنین مدلهای جدید وپیچیده تری است كه مادرمیانه دوران بزرگی از اكتشافات كیهان شناختی هستیم.اگر موفق شویم نظریه هایمان راباهركشف جدیدی تطبیق دهیم،می توانیم به جهشی بزرگ در دركمان از جهان وجای خودمان درمیان آن برسیم.

ترجمه از مجله(Sky & Telescope )
· Comic microwave backqround radiation : CMBR
Inflation **
Two – degree Field Galany Redshift Survey
Sloan Digital Sky Survey **
Early – universe theory ***
Arno Penzias **
Robert Wilson ***
Cesmic Baekground Explorer* ***

منبع : انجمن نجوم آماتوری ایران (IAAS)