11 دقیقه
کیهانی که در آن زندگی می‌کنیم حدود ۱۴ میلیارد سال پیش آغاز شد و از آن زمان تاکنون در حال تحول بوده است. امروز ستاره‌شناسان با استفاده از مشاهدات کهکشانها و ستارگانِ دوردست مدل‌هایی می‌سازند تا پیش‌بینی کنند که کیهان ممکن است در آینده‌ی دور چگونه به نظر برسد. اگرچه اطمینان مطلق غیرممکن است، اما شواهد کنونی نشان‌دهنده روندی آرام و کمنور شدن تدریجی است تا یک پایان ناگهانی.
خواندن گذشته کیهانی برای پیش‌بینی آینده
تصویر ما از تاریخ کیهان بر پایه یک نتیجه محکم استوار است: فضا و زمان و همهٔ ماده و انرژی درون‌شان از یک حالت داغ و چگال گسترش یافته‌اند؛ رویدادی که آن را «بیگ‌بنگ» می‌نامیم. از آن انبساط اولیه، گازی رقیق از ذرات سرد شد و به اتم‌های نخستین تبديل گردید. گرانش سپس آن اتم‌ها را گرد هم آورد تا نخستین ستارگان و کهکشانها شکل بگیرند، و کیهان در مسیر رسیدن به حالت کنونی خود از گذرگاه‌های دراماتیکی عبور کرد.
ستاره‌شناسان نظری آیندهٔ کیهان را با ادامه الگوهایی که امروز می‌بینند استنتاج می‌کنند. این برون‌یابی میتواند قدرتمند باشد اما دارای محدودیت‌هایی است. مانند استفاده از دو عکس دوران کودکی برای حدس زدن ظاهر یک فرد در شش‌سالگی، پیش‌بینی‌های کوتاه‌مدت معمولاً قابل اعتمادند. اما هرچه به دوره‌های دورتر چشم بدوزیم، پدیده‌های غیرمنتظره—فرایندهای فیزیکی جدید یا ذرات ناشناخته—ممکن است نتیجه را تغییر دهند.
با وجود این احتیاط‌ها، چندین شاخهٔ شواهد روی یک سناریوی محتمل همگرا میشوند: کیهان به گسترش خود ادامه خواهد داد، تشکیل ستاره کاهش یافته و در نهایت متوقف میشود، کهکشانها با هم ادغام شده و به سامانه‌های بزرگ و قرمزرنگِ بیضی‌شکل تبدیل میشوند، و آسمان شب در بازه‌های زمانی تریلیون‌ها سال تیره‌تر و قرمزتر خواهد شد. این پیش‌بینی براساس داده‌های رصدی مانند ابرنواخترهای نوع Ia، نقشه‌های تابش زمینهٔ کیهانی و سرشماری‌های ساختار بزرگ‌مقیاس است که نقش کلیدی در تعیین پارامترهای کیهان‌شناسی ایفا می‌کنند.
چگونه ستارگان تکامل می‌یابند: از درخششِ آبی تا جرقهٔ سرخ
ستارگان موتورهای همجوشی هستهای هستند و طول عمر یک ستاره عمدتاً به جرم آن بستگی دارد. ستارگان سنگین، داغ و آبی سوخت خود را سریع می‌سوزانند و ظرف چند میلیون سال می‌میرند. ستارگانی مانند خورشید حدود ده میلیارد سال عمر می‌کنند؛ خورشید ما در حدود نیمی از این دوره را پشت سر گذاشته است. کوچک‌ترین کوتولههای قرمز اما عمر فوق‌العاده طولانی دارند—آن‌ها می‌توانند برای تریلیون‌ها تا احتمالاً کوادریلیون‌ها سال به تابش ادامه دهند و بنابراین نقش مهمی در آیندهٔ درخشش کیهانی ایفا می‌کنند.
کهکشانها از نظر فعالیتِ تشکیل ستاره متنوع‌اند. برخی هنوز از گاز سرد ستاره‌های جدید می‌سازند؛ برخی دیگر اساساً آرام و کم‌فعال‌اند، زیرا گاز لازم را مصرف کرده یا از دست داده‌اند. هنگامی که تشکیل ستاره در یک کهکشان کاهش می‌یابد، ستارگان کوتاه‌عمر و آبی نخستین ناپدید میشوند و به جا ستارگان قرمز و زردِ عمر درازتر میمانند. طی میلیاردها و سپس تریلیون‌ها سال، مجموع نور ستارگان به طول‌موج‌های بلندتر متمایل شده و محوشدگی رخ میدهد، زیرا حتی کوتولههای قرمز نیز سوخت خود را تمام می‌کنند و به بقایای کمنور تبدیل میشوند.
از منظر عملی، دوران نورانی و متنوعِِ تابشِ ستارهای طولانی ولی محدود است. برای بازه‌های زمانی انسانی این دوران به‌طرز موثری جاودانه به نظر می‌رسد، اما از دیدگاه کیهان‌شناختی جای خود را به دورانی میدهد که در آن ستارگان کمنور و درازعمر غالب‌اند و نهایتاً جرقه‌های آخرین ستارگان آهسته آهسته خاموش میشوند. این انتقال شامل فرایندهای فیزیکی متعددی است: فرسایش ذخایر گازی، اثرات فیدبک از ابرنواخترها و هسته‌های کهکشانی فعال، و نقش کلیدی مادّهٔ تاریک در تعیین رفتار دینامیکی کهکشانها.
کهکشانها: برخوردها، کانیبالیسم و ظهور کهکشانهای بیضوی
کهکشانها عمدتاً از مسیر ادغام رشد می‌کنند. تصور کنید یک قلعهٔ شنی که هر بار با افزودن یک سطل شن بزرگ‌تر میشود. در گذر زمان کیهانی، کهکشانهای کوچک برخورد می‌کنند و به سامانه‌های بزرگ‌تر جذب میشوند. در محیط‌های متراکم مانند خوشه‌های کهکشانی، برخوردهای مکرر ساختارهای دیسکی منظم را درهم می‌ریزند و کهکشانهای بیضوی عظیمی تولید می‌کنند: سامانه‌های کروی یا بیضی‌شکل با جمعیت ستارهای پیرتر و قرمزرنگ و کمبود فعالیت شکل‌گیری ستارهٔ نو.
کهکشان راه شیری ما در مسیر برخورد با کهکشان آندروما قرار دارد؛ ادغام این دو در چند میلیارد سال آینده انتظار میرود. اگرچه این برخورد برای هر ناظری در آن زمان از نظر بصری چشمگیر خواهد بود—با جریان‌های کشندی که ستارگان را در امتداد مسیرهای پیچیده پیش می‌رانند—اما ستارگان منفرد به‌ندرت با هم برخورد می‌کنند چون فواصل بین آن‌ها بسیار عظیم است. نتیجهٔ بلندمدت احتمالاً یک کهکشان بزرگ‌تر و کروی‌تر با نرخ شکل‌گیری ستارهٔ کمتر خواهد بود.
همچنان که دیسک‌های کهکشانی بیشتری بهم می‌خورند و مختل میشوند، ریخت‌شناسی کیهان به سمت سلطهٔ کهکشانهای بیضوی متمایل خواهد شد که در شبکه‌ای از هاله‌های مادّهٔ تاریک خوشه‌بندی شده‌اند. این ساختارها به‌تدریج بیشتر با هم ادغام میشوند و در نهایت جرم مرئی را در جزایرِ محلیِ متمرکز جمع خواهند کرد، در حالی که فضای بین این جزایر همچنان گسترش می‌یابد. این فرایندها با شبیه‌سازی‌های عددی و مدل‌های شبه‌نشیبتی که نقش گرانش، گاز و فیدبک انرژی را دنبال می‌کنند، به‌خوبی توصیف میشوند و در مطالعات شکل‌گیری ساختارِ کهکشانها از اهمیت برخوردارند.
انبساط کیهانی و انرژی تاریک: نیروی دورکننده که کهکشانها را جدا می‌کند
یکی از کشفیات پربارِ کیهان‌شناسی نوین این است که انبساط کیهان شتاب می‌گیرد. مشاهدات ابرنواخترهای نوع Ia در اواخر دههٔ ۱۹۹۰ اولین شواهد آشکار را ارائه کردند که کهکشانها با نرخ فزاینده‌ای از یکدیگر دور میشوند. عاملی که پشت این شتاب قرار دارد انرژی تاریک نامیده میشود؛ شکلی از انرژی که دقیقاً شناخته‌شده نیست و بر مقیاسهای کیهانی مانند نیرویی دافع عمل می‌کند.
اگر انرژی تاریک در چگالی ثابت بماند (ساده‌ترین مدل که آن را ثابتِ کیهانی می‌نامند)، انبساط همچنان شتاب خواهد گرفت. با گذشت زمان، این انبساط شتابان کهکشانها را از افق قابل مشاهده ما دورتر خواهد برد. فراتر از فاصلهٔ معینی، نوری که از کهکشانهای دیگر منتشر میشود هرگز به ناظرانی در منطقهٔ ما نخواهد رسید؛ آن‌ها تدریجاً از دید ناپدید میشوند. در این سناریو، هر گروه یا خوشهٔ گرانشیبسته از کهکشانها به یک جزیرهٔ منزوی در خلأیی که همیشه در حال گسترش است تبدیل میشود.
فرضیه‌های جایگزین نیز وجود دارد: ممکن است انرژی تاریک با زمان تغییر کند، یا فیزیک جدیدی باعث سرنوشت‌های بسیار متفاوتی مانند یک انقباض آینده یا «پاره شدن بزرگ» (big rip) شود که سیستم‌های بسته را از هم می‌دَرَد. داده‌های کنونی گرایش به یک انبساط ملایم و شتابدار دارند، اما پالایش این تصویر همچنان هدفی مرکزی برای کیهان‌شناسی رصدی است. پروژه‌های آینده—از ماهواره‌های نقشه‌برداری تابش زمینهٔ کیهانی تا رصدخانه‌های زمینی بزرگ و نظرسنجی‌های کهکشانها—می‌توانند پارامترهای انرژی تاریک و مدل‌های نظریِ جایگزین را محدودتر کنند.
خط زمانی بلندمدت و ایدهٔ «ابدیت تاریک»
ترکیب تکامل ستارگان، دینامیک کهکشانی و انبساط کیهانی، پیش‌بینی بلندمدتی منسجم ارائه میدهد. در چند میلیارد سال آینده، تشکیل ستاره در بسیاری از سامانه‌ها ادامه خواهد یافت و ادغام‌هایی مانند برخورد راه شیری و آندروما ساختار محلی را شکل خواهند داد. در طی ده‌ها تا صدها میلیارد سال، تشکیل ستاره کاهش می‌یابد زیرا کهکشانها گاز خود را به پایان می‌رسانند یا گاز را به فضا پراکنده می‌کنند. تا حدود یک تریلیون سال و فراتر از آن، تنها کوتولههای قرمزِ عمر دراز روشن خواهند ماند و نهایتاً با توقف همجوشی هستهای سرد شده و به بقایای کم‌نوری تبدیل میشوند.
در بازه‌های زمانی بسیار طولانی‌تر از سن کنونیِ کیهان، شاید تریلیون‌ها تا کوادریلیون‌ها سال، کیهان ممکن است وارد مرحله‌ای شود که گاهی «مرگ گرمایی» یا «ابدیت تاریک» نامیده میشود—عصری با دما و تابش بسیار پایین که در آن ستارگان رفته‌اند و سیاهچالهها به‌تدریج از طریق تابش هاوکینگ تبخیر میشوند. اگر انرژی تاریک پایدار بماند، بخش قابل مشاهدهٔ کیهان تا ساختار بستهٔ محلی کوچک خواهد شد؛ هر چیز دیگر غیرقابل دسترسی و نامرئی باقی خواهد ماند.
لازم است عناصر فرضی و حدسی برجسته شوند: پدیده‌هایی مانند فروپاشی پروتون (در صورت وقوع)، خواص نامعلومی از انرژی تاریک، یا فیزیک جدید فراتر از مدل استاندارد می‌توانند این نتایج را تغییر دهند. با این حال چارچوب کنونی یک پیش‌بینی محافظه‌کارانه و مبتنی بر داده ارائه میدهد که با آنچه تلسکوپ‌ها و نظریه‌ها اکنون به ما می‌گویند همخوانی دارد. پژوهش‌های حساس بر روی پایداری پروتون، اندازه‌گیری تابش هاوکینگ و مطالعات دقیق انرژی تاریک می‌توانند تصویر سرنوشت نهایی کیهان را روشن‌تر کنند.
دیدگاه متخصص
دکتر مایا سینگ، اخترفیزیکدان نظری: 'بهترین مدل‌های ما تصویری ظریف اما مغموم ترسیم می‌کنند: کهکشانها قرمزتر و کم‌نورتر میشوند، شکل‌گیری ستاره کاهش می‌یابد و کیهان قابل مشاهده وقتی انبساط شتابان ساختارهای محلی را منزوی می‌کند، محدودتر می‌گردد. با این حال این «ابدیت تاریک» در بازه‌هایی زمانی چنان وسیع رخ میدهد که برای تمدن‌ها و فناوری‌هایی که ممکن است پدید آید، پنجره‌ای عظیم برای کاوش، رصد و کشف باقی می‌گذارد.'
این نظر منعکس‌کننده دیدگاه علمی غالب است: کیهان آیندهٔ طولانی‌ای دارد که در آن ناظران و ابزارها همچنان می‌توانند بینش کسب کنند، حتی اگر منظرهٔ کیهانی به‌تدریج کمنور شود. همچنین توجه به این نکته مهم است که «ناظران» می‌توانند شامل ربات‌ها و دستگاه‌های خودپایدار باشند که اطلاعات را در مقیاسهای زمانی بسیار طولانی منتقل یا ذخیره کنند، و مسائل حفظ و انتقال دانش در زمینهٔ اخترشناسی بلندمدت اهمیت فلسفی و عملی می‌یابد.
پیامدها برای رصد، فناوری و کنجکاوی انسانی
این آیندهٔ دور چه معنایی برای ستاره‌شناسی و فرهنگ انسانی دارد؟ در عمل، این وضعیت ارزش و ضرورت مشاهدات کنونی را برجسته می‌کند. اندازه‌گیری‌های ابرنواخترها، تابش زمینهٔ کیهانی، نظرسنجی‌های ساختار بزرگ‌مقیاس و مطالعات تکامل کهکشانها همگی محدودیت‌های انرژی تاریک و عمر گاز تشکیل‌دهندهٔ ستاره را تنگ‌تر می‌کنند. مأموریت‌های فضایی آینده و تلسکوپ‌های زمینی—که برای پیمایش انرژی تاریک و نقشه‌برداری کهکشانهای کمنور طراحی شده‌اند—تصویر ما را پالایش کرده و احتمالاً شگفتی‌هایی را آشکار خواهند ساخت.
فناوری‌های حساس به سیگنال‌های کم‌انرژی و بلندمدت و ابزارهایی برای حفظ یا انتقال دانش در دوران‌های کیهانی اهمیت فلسفی می‌یابند. اگر سرنوشت بزرگ‌مقیاس کیهان جدایی و سرمایشی باشد، تلاش برای فهم و مستندسازی کیهان معنای عاطفی و تاریخی بیشتری پیدا می‌کند: فرصتی برای ثبت داستانِ عصری پرنور پیش از کم‌سویی آن. علاوه بر این، طراحی فناوری‌هایی برای جستجوی منابع انرژی در خوشه‌های محلی، مدیریت اطلاعات بلندمدت و ساخت رصدخانه‌های پایدار میتواند موضوع تحقیقات بین‌رشته‌ای در مرز فیزیک، مهندسی و علوم اطلاعات باشد.
نتیجه‌گیری
علم کنونی نشان میدهد که کیهان در یک رویداد ناگهانی و فاجعه‌بار پایان نخواهد یافت، بلکه به‌تدریج به حالتی بسیار ساکت‌تر انتقال خواهد یافت: ستارگان نو کمتر، کهکشانهای ادغام‌شده و منزوی شدن ناشی از انبساطِ شتابدار همراه با انرژی تاریک. این سناریو—یک «ابدیت تاریک»—حکم نهایی نیست بلکه پیش‌بینی‌ای است مبتنی بر قوانین فیزیکی و مشاهداتی که امروز در اختیار داریم. کیهان همچنان یک آزمایشگاه گسترده است و دهه‌ها، قرن‌ها و هزاران سال کشف در انتظار کسانی است که متعهد به زیر نظر گرفتن آسمان‌اند.
منبع: sciencealert
ارسال نظر