ستاره شناسان و آزار تناقض‌های کیهان

این روزها اخترشناسان نتایجی به دست می‌آورند که حاکی از پیامدهای مهمی درباره چگونگی تشکیل عالم است – نتایجی که در عین حال در تناقض با یکدیگرند.
چندی پیش گروهی از اخترشناسان امریکایی خبر کشف دورترین اختروش را اعلام کردند. انتقال به سرخ این جرم آسمانی که 4635 + 1158 PC نامیده می‌شود، 73ر4 است که رکورد قبلی (43ر4 مربوط به دو سال قبل) را شکسته است.
این کشف جدید حاکی از آن است که دست کم تکوین بعضی از اجرام عالم مربوط به 1 تا 5ر1 میلیارد سال بعد از مهبانگ (انفجار بزرگ) است. بنابراین ماده عالم باید خیلی زود کلوخه کلوخه شده باشد.
قرائنی هم وجود دارد که نشان می‌دهد توزیع ماده در جهان اولیه به طرز شگفت آوری یکنواخت بوده است. این نتایج از مشاهدات مربوط به تابش زمینه‌ای کیهانی، بازمانده مهبانگ است و در تمام فضا پراکنده است، به دست می‌آید. فهم این مطلب که چگونه کهکشان‌ها از چنین توزیع یکنواختی به وجود آمده‌اند, خیلی مشکل است.
مشکل دیگر برای نظریه‌پردازان کشف یک دیوار بزرگ است، منظومه‌ای متشکل از هزاران کهکشان که به شکل لایه درهم ریخته‌ای در فضا قرار گرفته است. این بزرگ‌ترین ساختار منفردی است که تاکنون در عالم دیده شده است: پهنای آن حداقل 500 میلیون سال نوری است.
به گفته مارگارت گلر, که این دیوار را به کمک همکارش جان هوچرا در مرکز اختر فیزیک هاروارد – اسمیتسونی کشف کرده است، این جدی‌ترین مشکلی است که نظریه‌های متعارف تشکیل کهکشان‌ها تا به حال با آن روبرو شده‌اند. رهیافتی که برای فهم این ساختار اختیار کرده‌ایم, اشکالی اساسی دارد یک جزء مهم و اساسی این معمار را گم کرده‌ایم.
به نظر هوچرا توضیح این مطلب که چگونه از ماده‌ای یکنواخت, اختروش جدید یا چیز ناهمگنی چون عالم کنونی پدید آمده است بسیار دشوار است.
اندازه‌گیری‌های تابش زمینه کیهانی را گروهی از اختر شناسان مؤسسه تکنولوژی کالیفرنیا در یک دوره سه ساله انجام داده‌اند. آنتونی ریدهد و همکارانش، از جمله آلن مافت فقید، رصدهایی در طول موج 5ر1 سانتی متر با آنتن بشقابی 40 متری رصدخانه رادیویی اونز والی در کالیفرنیای شمالی انجام داده‌اند. منشأ تابش زمینه‌ای، که انتقال به سرخش در حدود 1500 است، خیلی قدیم، یعنی در همان اوایل پیدایش عالم است.
ریدهد و همکارانش شدت تابش زمینه‌ای را در مقیاس چند دقیقه قوس، به دقت یک در 60000، یکنواخت یافته‌اند. این مقیاس همان مقیاس اندازه مجموعه‌های کهکشانی است وقتی که در انتقال به سرخ 1500 قرار داشته باشند.
به گفته ریدهد دقت این اندازه‌گیری بیش از یک عامل 2 بیشتر از بهترین حدود قبلی است. او می‌گوید که نتایج گروه او به یقین بعضی از نظریه‌های تشکیل کهکشان‌ها را، که در آن‌ها ماده باریونی، ماده غالب است، رد می‌کند. در این نظریه‌ها ماده باریونی موجد تغییرات بیشتری در تابش زمینه‌ای میکروموجی نسبت به رصدهای اخترشناسان است.
بهترین نظر جانشین این است که در جریان تشکیل کهکشان‌ها، ماده به اصطلاح سرد تیره حاکم بوده است. این ماده، که فقط آثار گرانشی‌اش محسوس است، بر تابش زمینه‌ای اثر اندکی دارد. ظاهراً باید 90 درصد جرم عالم از این نوع ماده تشکیل شده باشد.
اگر اندازه‌گیری‌های بعدی تابش زمینه‌ای، حد افت و خیزها را سه برابر پایین بیاورد، نظریه چگونگی تکوین کهکشان‌ها دچار مشکل خواهد شد. این دقتی است که با دریافت نتایج ماهواره کاوشگر زمینه‌ای کیهانی (COBE) حاصل خواهد شد. ماهواره کاوشگر در 18 نوامبر 1989 به فضا ÷رتاب شد.
بسیاری از اخترشناسان بر این نظرند که اختروش جدید و مطالعات گلر و هوچرا قیدهای موجود بر نظریه‌های ماده سرد تیره را سخت‌تر خواهد کرد. مارتین ریس از مؤسسه اختر شناسی دانشگاه کمبریج هنوز حاضر نیست که مرثیه مدل ماده سرد تیره را بسراید، اما قبول دارد که این مدل نیاز به تغییراتی دارد. او حرکت بزرگ مقیاس کهکشان‌ها را نشانه بهتری از توزیع جرم در عالم امروزی می‌داند تا توزیع کهکشانی که به وسیله گلر و هوچرا مشاهده شده است. زیرا توزیع اخیر می‌تواند متأثر از عواملی غیر از گرانش هم باشد.
از سوی دیگر هوچرا حاضر است که فاتحه ماده سرد تیره را بخواند حتی اگر جانشین بهتری برای آن موجود نباشد. او می‌گوید که هیچ نظریه دیگری نمی‌تواند هم همواری زمینه میکروموجی و هم ساختارهای مشهود را به نحو رضایت بخشی توضیح بدهد. با این حال به نظر او کاری بسیار دشوار خواهد بود اگر بخواهیم که تکوین کهکشان‌ها را با توجه به انتقال به سرخ 5 توضیح بدهیم.
ریس معتقد است که فراوانی اختروش‌هایی که انتقال به سرخشان بیشتر از 4 است مسئله بسیار مهمی است. همکاران او اخیراً ÷نج اختروش دیگر کشف کرده‌اند. به این ترتیب تعداد کل این نوع اختروش‌ها (با انتقال به سرخ بیشتر از 4) به 16 می‌رسد. به نظر ریس اگر تعداد آن‌ها، همراه با زیاد شدن رکورد فاصله همچنان افزایش پیدا کند، فاتحه مفهوم ماده سرد تیره را باید خواند. اوسترایکر فکر می‌کند که می‌تواند هم یکنواختی زمینه میکروموجی و هم تشکیل کهکشان‌ها را بدون دخالت ماده سرد تیره، توضیح بدهد. در الگوی او حوادث جالب توجه خود به خود در انتقال به سرخ 10 روی می‌دهد. او یک عالم باز را مجسم می‌کند که ماده موجود در آن به قدری کم است که گرانش قادر به جلوگیری از انبساط نیست.
چنین عالمی تنها شامل ماده معمولی (که در کهکشان‌ها مشاهده می‌شود) و گاز میان ستاره‌ای است. این ماده فقط 10 درصد جرمی است که برای بسته بودن عالم لازم است.
اما الگوی اوسترایکر زیاد مقبول نیفتاده است. ریس معتقد است که این الگو هنوز صورت کاملی پیدا نکرده است.
به زودی چندین رصد مهم و تعیین کننده در این زمینه انجام خواهد شد. ماهواره کاوشگر زمینه کیهانی اطلاعات تازه‌ای درباره زمینه میکرو موجی و طیف آن در اختیار اخترشناسان قرار خواهد داد و همواری یا همسانگردی تابش زمینه کیهانی را در مقیاسی بسیار بزرگ‌تر از مقیاس گروه ریدهد (از مؤسسه تکنولوژی کالیفرنیا) ارزیابی خواهد کرد. ری‌وایس از مؤسسه تکنولوژی ماساچوست می‌گوید: ما قصد نداریم که نظریه‌ای را رد کنیم یا نظریه دیگری را بسازیم. اما ماهواره کاوش‌گر باید وجود نوترینوهای سنگین یا ریسمان‌های کیهانی را آشکار کند. این هر دو شاید در جریان تشکیل کهکشان‌ها نقشی داشته باشند.
همکاران ریس امیدوارند که در سال آینده پژوهش وسیع‌تری درباره اختروش‌های دوردست انجام بدهند تا بتوانند فراوانی آن‌ها را بهتر برآورد کنند. اما اختر شناسانی که اختروش‌های جدید را کشف کرده‌اند، بر این نظرند که کشف اختروش‌هایی با انتقال به سرخ بزرگ‌تر ممکن است خیلی دشوار باشد.
شاید مهم‌ترین تحول در این زمینه استقرار تلسکو÷ فضایی هابل در مدار است. این تلسکوپ، که اکنون در مدار قرار گرفته است. مشاهده اشیایی با انتقال به سرخ زیادتر را امکان‌پذیر خواهد کرد.