10 دقیقه
تحلیل تازه‌ای از کهکشانهای رادیویی دوردست نشان می‌دهد که سامانهٔ خورشیدی ما ممکن است با سرعتی بسیار بیشتر از آنچه مدل‌های فعلی پیشبینی میکنند، در فضا حرکت کند. این نتیجهٔ غیرمنتظره اخترفیزیکدانان را وادار میکند تا مفروضات پایه‌ای دربارهٔ ساختار بزرگمقیاس جهان و روشهای اندازهگیری حرکت کیهانی را بازبینی کنند. یافتهٔ اخیر در زمینهٔ رصدهای رادیویی، آشکارسازی دیپل رادیویی کیهانی و سنجش‌های دقیق تابش زمینهٔ کیهانی (CMB) اهمیت ویژه‌ای دارد.
چگونه سرشماری رادیویی سرعت کیهانی را آشکار کرد
معمولاً دانشمندان حرکت سامانهٔ خورشیدی را با ترکیب اندازه‌گیری‌های محلی — مانند گردش خورشید پیرامون مرکز راه شیری — و مشاهدات تابش زمینهٔ کیهانی و اجسام دوردست برآورد میکنند. اما کار اخیر به سردبیری Lukas Böhme از دانشگاه بایل‌فلد رویکرد متفاوتی اتخاذ کرده است: شمارش کهکشانهای رادیویی در آسمان برای آشکارسازی یک ناهمسانگردی ظریف که به آن «دیپل رادیویی کیهانی» گفته میشود.
کهکشانهای رادیویی امواج رادیویی بلندبا‌فرتی را منتشر میکنند که از میان گرد و غبار و گاز عبور میکنند و ساختارهایی را نشان می‌دهند که در رصدهای نوری نامرئی می‌مانند. با استفاده از دادههای رادیویی عمیق و پهنه‌پهن از سه پروژهٔ تلسکوپ رادیویی — از جمله نقشه‌برداری Low-Frequency Array (LOFAR)، که در فرکانسهای پایین در حال حاضر عمیق‌ترین نقشه است — بومه و همکاران یکی از حساس‌ترین سرشماریهای این اجسام را تا کنون گردآوری کردند. در این سرشماری، ترکیب دادههای LOFAR با نقشههای رادیویی دیگر و روشهای تطبیق مؤلفه‌ای دقیق نقش کلیدی در افزایش کیفیت داده‌ها داشته است.
ایده در مفهوم ساده است اما در عمل بسیار ظریف و حساس؛ اگر زمین و سامانهٔ خورشیدی نسبت به پس‌زمینهٔ آماری ایزوتروپیک از منابع رادیویی دوردست حرکت کنند، مقدار اندکی اضافهٔ منابع در جهت حرکت و کاهش منابع در جهت مخالف دیده خواهد شد. این بایاس کوچک همان دیپل رادیویی کیهانی است. اندازهگیری دقیق آن نیازمند برخورد دقیق با مورفولوژی کهکشانهای رادیویی، کامل بودن سرشماری (survey completeness)، و سوگیری‌های آماری است. در عمل باید مواردی مانند لوب‌های گسترده، هات‌اسپات‌ها و اجزای چندگانه کهکشانهای رادیویی را به‌درستی شناسایی و تجمیع کرد تا مراکز انتشار به‌صورت مجزا شمرده نشوند.
تیم تحقیقاتی گزارش داده است که دامنهٔ دیپل اندازه‌گیری‌شده تقریباً 3.7 برابر بزرگتر از آن چیزی است که مدل استاندارد کیهانشناسی پیشبینی میکند، و این نتیجه از نظر آماری بسیار معنی‌دار است — فراتر از آستانهٔ پنج سیگما که آماردانان معمولاً برای تشخیص یک ناهنجاری واقعی از نویز تصادفی استفاده میکنند. این عدد 3.7 برابر و سطح معنی‌داری بالای پنج سیگما باعث شده بحث دربارهٔ سرعت کینماتیک (kinematic velocity) سامانهٔ خورشیدی و ارتباط آن با دیپل تابش زمینهٔ کیهانی و دیگر شاخص‌ها بسیار داغ شود.
روش‌شناسی: تلفیق تلسکوپ‌ها و آمار نوین
برای رسیدن به این نتیجه، پژوهشگران فهرست‌ها (catalogs) را از سه نظرسنجی رادیویی ادغام کرده و روش آماری نوآورانه‌ای را برای پردازش ظاهر پیچیده و چند مؤلفه‌ای کهکشانهای رادیویی توسعه دادند. بسیاری از کهکشانهای رادیویی لوب‌های گسترده و چندین هات‌اسپات دارند که می‌توانند توسط الگوریتم‌های ساده به‌عنوان منابع جداگانه شمرده شوند؛ توجه دقیق به شناسایی و تجمیع مؤلفه‌ها باعث شد اندازهگیری دیپل به‌طرز قابل‌اعتمادی تیزتر شود. این مسئله به طور مستقیم به کیفیت مدلسازی مورفولوژیکی، تطبیق مؤلفه‌ها (component matching)، و حذف دوگانگی شمارش‌ها مربوط است.
مجموعه دادهٔ LOFAR — که به دلیل حساسیت بالا به تابش در فرکانسهای پایین و پوشش پهنهٔ وسیع آسمان شناخته میشود — در این کار نقش محوری ایفا کرد. با مرجع‌دهی متقابل LOFAR با سایر نقشههای رادیویی و به‌کارگیری تکنیک‌های سختگیرانهٔ تطبیق مؤلفه‌ها و برون‌یابی کامل بودن نمونه، تیم موفق شد خطاهای سیستماتیک را که در تلاش‌های قبلی اندازهگیری دیپل رادیویی کیهانی مشکل‌ساز بوده کاهش دهد. علاوه بر این، ملاحظات مربوط به تقویت دوسویی (Doppler boosting) و آبِراسیون زاویه‌ای (aberration) که از حرکت نسبی سرچشمه می‌گیرند نیز در تحلیل لحاظ شد.
نتیجه این تلاش ترکیبی: جهت و دامنهٔ حرکتی که از سرشماری رادیویی استنتاج شده، با انتظارات مبتنی بر مدل استاندارد ناسازگار است. صریح‌تر بگوییم، به نظر می‌رسد سامانهٔ خورشیدی بیش از سه برابر سریع‌تر از پیش‌بینی‌های معمول حرکت میکند؛ موضوعی که برای کیهان‌شناسان و کارشناسان رصدی پیامدهای گسترده‌ای دارد. این اختلاف میتواند ناشی از مقدار واقعی سرعت بیشتر (یک دیپل کینماتیک بزرگتر) باشد یا بازتابی از ناهمگونی در توزیع کهکشانهای رادیویی (یک دیپل ساکن ناشی از توزیع غیرایزوتروپیک منابع).
خورشید (مرکز پایین) به‌دور راه شیری می‌گردد، که خود نیز در حال شتاب‌گیری در فضا است.
چرا این موضوع مهم است: پیامدها برای اصل کیهانشناسی
این یافته با یکی از اصول بنیادین کیهانشناسی تماس پیدا میکند: اصل کیهانشناسی (cosmological principle). این اصل میگوید که در مقیاسهای بزرگ به اندازهٔ کافی، جهان همگن و ایزوتروپیک است — یعنی اساساً در هر جهت و در هر مکان شبیه به هم است. اگر توزیع کهکشانهای رادیویی واقعاً یکنواخت باشد، دیپل باید با حرکتی که از تابش زمینهٔ کیهانی (CMB) و دینامیک محلی استنتاج میشود، تطابق داشته باشد؛ اما اختلاف گزارش‌شده این انتظار را نقض میکند و دو احتمال کلی را پیش می‌کشد.
احتمال اول بسیار رادیکال است: مدل‌های کیهانشناسی فعلی ما چیز مهمی دربارهٔ ساختار بزرگمقیاس جهان از قلم انداخته‌اند و مفروضهٔ ایزوتروپی بزرگمقیاس ممکن است نیاز به اصلاح داشته باشد. چنین نتیجه‌ای میتواند به بازنگری مفاهیم بنیادی مانند نوسانات اولیه، رشد ساختار و جریان‌های بزرگمقیاس ماده بینجامد و زمینهٔ نظری جدیدی برای بررسی توزیع مادهٔ تاریک یا انرژی تاریک فراهم آورد. احتمال دوم محتاطانه‌تر است: ممکن است خود توزیع کهکشانهای رادیویی کمتر یکنواخت باشد — به‌دلیل خوشه‌بندی (clustering)، اثرات انتخاب نمونه (selection effects)، یا سیستماتیک‌هایی که در یکی یا چند فهرست رادیویی شناسایی نشده‌اند.
به گفتهٔ نویسندهٔ اول، Lukas Böhme: "تحلیل ما نشان می‌دهد که سامانهٔ خورشیدی بیش از سه برابر سریع‌تر از آنچه مدل‌های فعلی پیشبینی میکنند، حرکت میکند. این نتیجه آشکارا با انتظارات مبتنی بر کیهانشناسی استاندارد در تضاد است و ما را مجبور میکند تا مفروضات پیشین را بازبینی کنیم." هم‌نویسنده Dominik J. Schwarz نیز اضافه میکند: "جای فکر هست که شاید توزیع کهکشانهای رادیویی کمتر یکنواخت از چیزی باشد که تصور می‌کردیم. در هر دو صورت، مدل‌های فعلی ما به محک گذاشته شده‌اند." این اظهارنظرها نشاندهندهٔ اهمیت مقایسهٔ نتایج با رصدهای دیگر و تحلیل‌های مستقل است.
زمینهٔ علمی و گام‌های بعدی
این نتیجه انتظار می‌رود که آزمونهای مستقل را برانگیزد. رصدهای رادیویی بیشتر — از جمله نقشههای عمیق آینده که از سوی پروژههای پیشا-SKA (Square Kilometre Array) و کمپینهای گسترشیافتهٔ LOFAR تولید خواهند شد — می‌توانند بررسی کنند که آیا این ناهنجاری در پهنهٔ فرکانسی، استراتژی‌های رصد و نواحی مختلف آسمان پا برجا می‌ماند یا نه. همچنین تطبیق متقابل (cross-checks) با کاتالوگهای کهکشانی در نوری و فروسرخ میتواند کمک کند تا مشخص شود آیا این تأثیر ویژهٔ انتخاب رادیویی است یا بازتاب الگوی وسیعتری از توزیع کهکشانها.
اگر این اختلاف تأیید شود، پی‌آمدهای آن برای کیهانشناسی عمیق خواهد بود: ممکن است نشاندهندهٔ ناهمسانگردی‌های پیش‌بینی‌نشده در مقیاسهای بسیار بزرگ باشد یا جریان‌های بزرگمقیاس در توزیع ماده را بر ملا سازد که پیش از این شناسایی نشده بودند. هر یک از این نتایج تعامل تئوری و مشاهدات را تحریک میکند — چه از طریق اصلاح مدل استاندارد و چه با پیشنهاد گسترش‌های نظری قابل‌قبول. در عین حال، چنین کشفی میتواند فریم‌ورک‌هایی برای مدلسازی بهتر سوگیری‌های رصدی، کامل بودن نمونه‌ها و مورفولوژی منابع رادیویی فراهم آورد.
Alcyoneus، یک کهکشان رادیویی غول‌پیکر با ساختار لوب‌دار که گستره‌ای برابر 16 میلیون سالِ نوری دارد.
دیدگاه کارشناسان
دکتر Maya Chen، اخترفیزیک‌دان و مروج علم میگوید: "این اندازهگیری یک تلنگر مهم به جامعهٔ علمی است. یا باید یک سیستماتیک جدید در فهرست‌های رادیویی بیابیم، یا فیزیکی را کشف کنیم که تصور ما از یکنواختی بزرگمقیاس را به چالش می‌کشد. در هر دو صورت، این یک پیروزی برای کیهانشناسی دقیق است — ما چیزی تازه دربارهٔ جهان می‌آموزیم." نظر کارشناسان نشان می‌دهد که ترکیب نمونه‌های رادیویی بزرگتر، مدلسازی بهتر آسمان و مقایسه‌های چندطولی (multiwavelength) احتمالاً مسیرهای اصلی برای پیگیری این نکته خواهد بود.
کارهای پیگیری احتمالاً نمونه‌های رادیویی بزرگتر، مدل‌سازی‌های آسمان پیشرفته‌تر و مقایسه‌های چندطولی را ترکیب خواهند کرد. با ورود مجموعه‌داده‌های جدید، اخترشناسان مشخص خواهند کرد که آیا واقعاً با حرکت سریع‌تری در فضا مواجه هستیم — و این حرکت آیا نیازمند بازاندیشی دربارهٔ یکنواختی کیهانی است یا به اثرات مشاهداتی ظریف‌تری اشاره دارد. اهمیت این جستجو برای پیشرفت دانش دربارهٔ ساختار بزرگمقیاس، جریان‌های peculiar و ارتباط بین مشاهدات رادیویی و تابش زمینهٔ کیهانی غیرقابل‌انکار است.
در پایان، این مطالعه نمونه‌ای از چگونگی نقش رصدهای موج بلند رادیویی، مانند LOFAR و مسیرِ پیشروی SKA، در پرسش‌های بنیادین کیهانشناسی است. واژه‌هایی مانند «دیپل رادیویی کیهانی»، «آنیزوتروپی»، «سرعت کینماتیک»، «مولفه‌بندی مورفولوژیک» و «خطاهای سیستماتیک رصدی» به‌عنوان کلیدواژه‌های فنی در این حوزه اهمیت پیدا میکنند. دنبال شدن این موضوع در مطالعات آینده، نه تنها کیفیت اندازه‌گیری‌های سرعت سامانهٔ خورشیدی را بهبود خواهد داد، بلکه به درک بهتر توزیع کهکشانها، جریان‌های بزرگمقیاس ماده و اعتبار اصل کیهانشناسی کمک خواهد کرد.
منبع: sciencealert
نظرات
مهران
من روی مورفولوژی لوب‌ها کار کردم، جدا کردن مؤلفه‌ها خیلی سخته و میشه راحت اشتباه شمرد، پس صبر کنین تا گروه‌های دیگه هم تکرار کنن
آسترو
این واقعاً بازتاب سرعت کینماتیکه یا فقط توزیع کهکشانها ناایزوتروپیکه؟ همه cross‑checkها انجام شده؟ سوالای زیادی مونده...
کوینپ
به نظرم اول باید سیستماتیک‌ها رو رد کنن؛ احتمال انتخاب نمونه یا خطای کاتالوگ زیاده، اما اگه درست باشه واقعا تکان‌دهنده‌ست
آتومویو
واااااااو، یعنی خورشید ما سه برابر سریع‌تر حرکت میکنه؟! کلی سوال فنی و تئوریک پیش میاد… هم هیجان‌زده‌ام هم یه جورایی گیج.
ارسال نظر