موشكافي مهبانگ به كمك پلانك
ترجمه: شادي حامدي آزاد
ماهواره ي اروپايي پلانك سعي دارد بفهمد نقش تورم در به وجود آمدن عالم هستي چه بوده است. همسفر پلانك، رصدخانه ي فضايي هرشل، بزرگ ترين پنجره را به سوي عالم فروسرخ مي گشايد.
در 24 ارديبهشت امسال، دو مسافر فضايي براي اولين و آخرين بار در بندرگاه فضايي كورو، واقع در ناحيه ي استوايي گويان فرانسه (آمريكاي جنوبي)، با يكديگر ملاقات كردند. آنها طي سفري 2/5 ساعته سوار بر موشك آريان 5 به مدار زمين رفتند و از آنجا هر يك جداگانه به محلي در نزديكي نقطه ي دوم لاگرانژي (L2)، در فاصله ي 1/5 ميليون كيلومتري زمين در سوي مخالف خورشيد، رهسپار شدند.
اين دو مسافر، كه ساخته ي سازمان فضايي اروپا (اِسا) هستند،اسامي بلندآوازه اي از تاريخ فيزيك و نجوم را بر خود دارند: پلانك و هرشل. و خود نيز بايد به زودي تاريخ ساز شوند. مأموريت پلانك تحليل تابش ريزموج كيهان (CMB) است؛ تابش پس مانده از انفجار آغازين كيهان كه آسمان را انباشته. اين ماهواره قرار است عصر «كيهان شناسي روشن و دقيق» را گسترده تر كند. بخشي از تاريخ روشن كيهان مرهون كاوشگر WMAP (كاوشگر ناهمسانگردي ريزموج ويلكينسون ناساست). پلانك داده هاي WMAP را تا 15 بار بهبود مي بخشد و درك و تصور ما را، از نوسانات كوچك در تابش زمينه و آنچه آنها درباره ي تاريخ و سرچشمه ي كيهان در اختيارمان مي گذارند، اصلاح مي كند.
پلانك همچنين بناست از الگوهاي قطبش در ريزموج ها نقشه برداري كند. فيزيك دانان اميدوارند كه داده هاي قطبش سنجي، به ويژه، نشان دهند كه در نخستين 23-10ثانيه ي پس از مهبانگ (انفجار بزرگ) چطور عالم ناگهان متورم شده است و آيا اصلاً تورم رخ داده يا خير.
از سوي ديگر،هرشل تلسكوپ غول پيكري در طول موج فروسرخ است كه به رويدادهاي گوناگون در زمان هاي مختلف تاريخ كيهان سر مي كشد. اين تلسكوپ به قطر3/5متر، بيش از يك متر بزرگ تر از هابل 2/4متري، بزرگ ترين تلسكوپي است كه تا به حال به فضا پرتاب شده. (مطالعه بيشتر درباره ي هرشل: نجوم 185، ص14).
بازگشت به آغاز
ماهواره ي1/8 تني پلانك به ياد ماكس پلانك (1858- 1947)، فيزيك دان آلماني مبتكر نظريه ي كوانتومي، نامگذاري شده است. اين ماهواره پس از سفري دو ماهه به ناحيه اي در اطراف نقطه ي L2 (يكي از نقاط متعادل گرانشي در مجموعه ي زمين- خورشيد) مي رسد و در همسايگي (دور) كاوشگر WMAP قرار مي گيرد كه از سال 1380/2001 مشغول كار است.
هرچند تابش ريزموج زمينه ي كيهان (CMB) نسبتاً سرد است (با دماي 2/725كلوين يا حدود 270- درجه ي سانتي گراد)، در حقيقت براي كيهان شناسان موضوعي داغ است. آنها آن را همچون كاغذ ديواري اي مي بينند كه زمينه ي كره ي آسمان را، در پشت هرآنچه ديدني و ناديدني، پوشانده است.
اين تابش در اصل نوري زرد- سفيد حاصل از گاز پلاسماي داغ ناشفافي بوده كه از 380 هزار سال پس از مهبانگ عالم را فراگرفته است. در آن زمان، اين گاز آنقدر سرد شد كه الكترون ها و پروتون ها مي توانستند به هم بپيوندند و تشكيل اتم هاي هدروژن بدهند و گاز شفاف شود. وقتي جهان از كدر به شفاف تبديل شد اين نور سفيد براي سفر بي كران خود آزاد شد و سراسر كيهان را در بر گرفت.
از آن زمان، فضا 1090 مرتبه (در هر سه بعد) منبسط شده است. پس فوتون هاي نور، كه در ميان فضاي منبسط شونده سفر مي كردند، با همين ضريب دچار انتقال به سرخ شدند (بزرگ و ضعيف شدند) و به جاي نور به امواج ميلي متري و ريزموج (ميكروويو)، در ميان قلمرو فروسرخ و امواج راديويي، تبديل شدند.
تابش زمينه تقريباً يكدست و يكنواخت است، اما نه كاملاً. وقتي از دماي آن، با دقت يك جزء در صدهزار، نقشه برداري كنيم مي بينيم كه سرتاسر آن را نقاط گرم تر و سردتري در همه ي مقياس هاي اندازه مي پوشانند. آمار اين نقاط- قدرت و شدت متفاوت در هر اندازه- چيزهايي درباره ي فرايندهاي رخ داده در حين و كمي پس از مهبانگ به ما مي گويند كه براي كيهان شناسان بي اندازه ارزشمندند.
به نظر مي رسد كه عالم نوزاد، پيش از پيدايش ماده از انرژي، بسيار ساده بوده است؛ ميدان انرژي فوق العاده چگال بدون هيچ ذره ي مادي و ساختاري و فقط داراي آشفتگي هاي بسيار كوچك تصادفي كه در ذات طبيعت است. كيهان شناسان بر اين باورند كه كيهان در طول نخستين لحظه ها بايد با ضريب دست كم 1026بار (نسبت اندازه ي يك باكتري به يك كهكشان!)، يا شايد هم با ضريبي بيشتر، منبسط شده باشد. كيهان شناسان اين مرحله ي كوتاه و حساس را «تورم» مي نامند.
طي اين لحظه، در 13/7 ميليارد سال پيش، آشفتگي هاي كوانتومي تصادفي همراه با فضاي دربرگيرنده شان گسترش يافتند. آنها، در شكل بزرگ شده ي خود، به اساس همه ي ساختارهاي بزرگ مقياس كيهاني، مانند كهكشان ها و خوشه هاي كهكشاني، تبديل شدند.
جذاب ترين چيز درباره ي اين داستان آن است كه تقريباً هر قطعه از مدارك، از هر نوع، كاملاً با داستان جور است.
اما تورم چطور عمل كرد؟ و پيش از آن چه بود؟ (اصلاً چيزي بود؟)
نقشه ي جامع
پلانك براي كشف دقيق اطلاعات نخستين لحظه هاي كيهان طراحي شده كه در دل تابش زمينه نهفته اند. قلب اين كاوشگر آينه ي اصلي بيضوي مايلي به ابعاد 1/5 در1/9 متر است (در تصوير اين صفحه زير لفاف است) كه گشودگي دايره اي به قطر1/5 متر به دست مي دهد. فرايندي چندمرحله اي آشكارسازي هاي سوار بر آينه را تا 0/1 كلوين (نزديك به صفر مطلق) خنك مي كند. اين آشكارسازها طوري كاليبره شده اند كه اختلاف دماهايي به كوچكي 2 يا 3 جزء در ميليون را ثبت كنند. در مقايسه با WMAP، انتظار داريم ابزارهاي پلانك علائمي 10 بار ضعيف تر را اندازه گيري كنند. همچنين، بيشترين تفكيك زاويه اي سه بار واضح تر خواهد بود.
افزون براين، پلانك نسبت به پيش كسوت خود طيف وسيع تري را پوشش مي دهد و فركانس هايي تا 10 بار بالاتر (از 30 تا 857 گيگاهرتز، معادل طول موج هايي از يك سانتي متر تا 0/35 ميلي متر) را رصد مي كند. هر شش ماه، پلانك كل آسمان را در 9 فركانس از اين بازه نقشه برداري مي كند.
آشكارترين نمايش آماري بررسي تابش زمينه نموداري به نام طيف شدت (power spectrum) است؛ نموداري از شدت متوسط نوسان هاي دمايي تابش زمينه در مقياس هاي مختلف زاويه اي، از عرض كره ي آسمان (90 درجه) تا كوچك ترين جزييات نقشه. طيف شدت تابش زمينه، طبق دانسته هاي اكنون ما، در شكل اين صفحه نشان داده شده است. زواياي كوچك، در مركز و سمت راست نمودار، اثر انگشت امواج فشار كيهاني اند كه در ميان عالم چگال نخستين، همچون امواج غول آساي صوتي، پخش شدند. در زمان هاي بسيار نخستين، به سبب چگالي بي حد كيهان سرعت صوت هنوز به سرعت نور نزديك بود.
نخستين و بزرگ ترين قله در نمودار در مقياس اندازه ي يك درجه پيدا مي شود. اين قله نمايانگر پر شدت ترين تغييرات در تمام مقياس هاي زاويه اي و نشان دهنده ي طول موجي است كه نخستين امواج آكوستيك بر آن موثر بوده اند. اين مقدار، با قياس مستقيم، سن عالم از زمان مهبانگ را دقيقاً 0/1 ±13/73 ميليارد سال تخمين مي زند.
آغاز همه چيز
دانشمندان به دنبال كسب دركي از نخستين لحظات زندگي عالم از طريق ماهيت آشفتگي هاي كوانتومي هستند كه ظاهراً موجب شكل گيري همه ي ساختارهاي بزرگ مقياس امروز شده اند. آمار اين آشفتگي ها در قله هاي متعدد و مختلف طيف شدت نهفته است. تركيب عالم آغازين نيز، از نظر فراواني ماده ي عادي و ماده ي غيرباريوني يا همان ماده ي تاريك عجيب، در ارتفاع نسبي قله ها پنهان است.
كيهان شناسان درباره ي اينكه تورم چگونه مهبانگ را به راه انداخت به نظريه هاي گوناگوني رسيده اند. نظريه هاي متفاوت درباره ي تورم اشكال نسبتاً متفاوتي از طيف شدت را پيش بيني مي كنند. حال كه كيهان شناسان احاطه ي خوبي بر پارامترهاي مهم كيهان شناسي- همچون سن، سرعت انبساط، چگالي ماده و انرژي، و هندسه ي عالم- دارند، اميدوارند با استفاده از داده هاي بهبوديافته به حوزه هاي بيشتري وارد شوند.
يكي از دانشمندان طرح پلانك، تُرستِن انسلين (از موسسه ي اخترفيزيك ماكس پلانك در نزديكي مونيخ آلمان)، اميدوار است كه داده هايي كه به دست مي آيند حاوي نكات جالب و تعجب آوري باشد كه هيچ كس انتظارش را ندارد. به گفته ي او، «ظرفيت بالقوه ي پلانك همين است. اين ماموريت نتايج ماهواره ي WMAP را بازبيني مي كند. برخي از آنها كاملاً دقيق اند، اما نه به اين معني كه ما تصوير كامل را در اختيار داريم.»
با وجودي كه تورم عنصر اصلي مدل هاي استاندارد كيهان شناسي امروز است، شواهد مستقيم آن فقط اندكي در تيررس WMAP بود. كيهان شناسان علاقه دارند به شواهد مستقيم بيشتري درباره ي وقوع تورم دست يابند. به گفته ي انسلين، «ماهواره ي پلانك اين خواسته را به علم محض تبديل مي كند. دانش ما درباره ي اين عصر رازآلود هنوز مبهم است؛ نمونه هاي متناقض بسياري از نظريه ي تورم وجود دارد.»
نظريه ي تورم پيش بيني مي كند كه امواج گرانشي ممتد مي بايست در ميان عالم نخستين جاري بوده باشند و اين امواج مي بايست الگوهاي ضعيف اما مشخصي را بر تابش زمينه حك كرده باشند. اين الگوها خود را بايد در قطبيدگي ريزموج كيهاني نشان دهند. پلانك براي يافتن چنين الگوهايي تلاش مي كند. يافتن آنها تاييدي پيروزمندانه بر مدل مهبانگ تورمي است. برخي كيهان شناسان مفهوم تورم را وجود تورمي ازلي و بي پايان مي دانند كه خارج از عالم بي نهايت مهبانگ ديگر و كيهان هاي ديگر را خلق مي كند.
اما در نظريه ي ديگري درباره ي علت ايجاد مهبانگ هيچ چنين الگوهاي قطبشي پيش بيني نمي شود. در اين نظريه، مهبانگ نتيجه ي برخورد «غشاء هاي» سه بعدي فضا در ماتريسي با ابعاد بيشتر است؛ كمي شبيه غشاءهاي دو بعدي حباب هاي صابون كه حين شناور شدن حباب ها در اتاقي 3 بعدي با هم برخورد م كنند.
اما بايد اعتراف كرد كه اين كار به درازا مي كشد. اگر پلانك در حقيقت به حد كافي حساس باشد كه ردپاهاي مستقيم قطبش تورم، يا كمبود آنها، را آشكار كند سال ها تحليل پرزحمت داده ها پس از آن لازم است.
همسفر پلانك
رصدخانه ي فضايي هرشل، با وزن 3/3 تن، اكنون بزرگ ترين رصدخانه ي فروسرخ درفضاست و از تلسکوپ فضايي فروسرخ اسپيتزر ناسا، با قطر آينه ي 0/85 متر،پيشي گرفته است. آشكارسازهاي اسپيتزر به طول موج هايي در بازه ي فروسرخ مياني تا دور، از 3 تا 180 ميكرومتر، حساس است و هرشل به طول موج هاي فروسرخ دور و ريز ميلي متري، از 55 تا 670 ميكرومتر، نگاه مي كند. طول موج دوم محدوده اي بسيار پنهان و كاوش نشده است.
يكي از طرح هاي تحقيقاتي اين است كه چرا تعداد متفاوتي از ستاره ها با جرم متفاوت شكل مي گيرند. همه جا، در راه شيري ما و ديگر كهكشان ها، اخترشناسان ستاره هاي پرجرم كم تعدادي را در ميان بسياري ستاره هاي كم جرم مي يابند. اين توزيع چگونه به وجود آمده است؟ محققان بر اين باورند كه اين حالت در ابرهاي ملكولي سرد و چگال پديدآورنده ي ستاره ها از پيش شكل گرفته است. به كمك هرشل دانشمندان مي توانند حتي خوشه هاي كوچك گازي را با جرمي به كمي يك دهم جرم خورشيد ببينند و بررسي كنند كه آيا اين ستاره هاي در حال شكل گيري هم همين توزيع جرم ستاره هاي بالغ را دارند؟
اين فقط يك علت جذاب بودن نجوم فروسرخ است. بسياري از اخترشناسان بر اين باورند كه در نور فروسرخ چيزهاي بيشتري براي ديدن وجود دارد. چشماني كه طبيعت به ما داده براي ديدن در طول موج مطلوب نجوم تنظيم نشده است. و اين شامل اجرام درخشان درون كهكشان خودمان نيز مي شود. وقتي نوبت به اجرام بسيار كم فروغ مي رسد، كه آينه ي بزرگ هرشل آنها را در دسترس ما قرار دهد، كيهان شناسان انتظار دارند كه برخي از دورترين و نخستين كهكشان هاي ستاره ساز را در انتقال به سرخ بالا بررسي كنند.
هم پلانك و هم هرشل برنامه هاي كاري كاملي دارند و زماني محدود براي انجام همه ي آنها. براي هرشل مايع خنك كننده عامل محدودكننده است. وقتي ذخيره ي هليوم مايع هرشل تمام شود رصدهايش متوقف مي شود. سازندگان آن طول عمر 3/5 سال را برايش قول داده اند و خوش بينان اميدوارند يك سال هم به آن اضافه شود. طول عمر پيش بيني شده براي پلانك حتي از اين هم كمتر است؛ پس از 15 ماه مأموريت اصلي آن تمام مي شود.
اين دو مسافر حين اجراي مأموريتشان در نزديكي نقطه ي دوم لاگرانژي كاملاً تنها هستند. آنها حتي دوباره با هم ملاقات نخواهند كرد. اما هر كدام سخت كار مي كند تا درك ما را از عالم عميق تر كنند.
برگرفته از: Sky&Telescope, May 2009
اطلاعات بيشتر درباره ي ماهواره ي پلانك و اهداف كيهان شناسي آن:
17=index.cfm?fareaid/area/www/e-science/Sci.esa.int
منبع:نشريه نجوم،شماره187
در 24 ارديبهشت امسال، دو مسافر فضايي براي اولين و آخرين بار در بندرگاه فضايي كورو، واقع در ناحيه ي استوايي گويان فرانسه (آمريكاي جنوبي)، با يكديگر ملاقات كردند. آنها طي سفري 2/5 ساعته سوار بر موشك آريان 5 به مدار زمين رفتند و از آنجا هر يك جداگانه به محلي در نزديكي نقطه ي دوم لاگرانژي (L2)، در فاصله ي 1/5 ميليون كيلومتري زمين در سوي مخالف خورشيد، رهسپار شدند.
اين دو مسافر، كه ساخته ي سازمان فضايي اروپا (اِسا) هستند،اسامي بلندآوازه اي از تاريخ فيزيك و نجوم را بر خود دارند: پلانك و هرشل. و خود نيز بايد به زودي تاريخ ساز شوند. مأموريت پلانك تحليل تابش ريزموج كيهان (CMB) است؛ تابش پس مانده از انفجار آغازين كيهان كه آسمان را انباشته. اين ماهواره قرار است عصر «كيهان شناسي روشن و دقيق» را گسترده تر كند. بخشي از تاريخ روشن كيهان مرهون كاوشگر WMAP (كاوشگر ناهمسانگردي ريزموج ويلكينسون ناساست). پلانك داده هاي WMAP را تا 15 بار بهبود مي بخشد و درك و تصور ما را، از نوسانات كوچك در تابش زمينه و آنچه آنها درباره ي تاريخ و سرچشمه ي كيهان در اختيارمان مي گذارند، اصلاح مي كند.
پلانك همچنين بناست از الگوهاي قطبش در ريزموج ها نقشه برداري كند. فيزيك دانان اميدوارند كه داده هاي قطبش سنجي، به ويژه، نشان دهند كه در نخستين 23-10ثانيه ي پس از مهبانگ (انفجار بزرگ) چطور عالم ناگهان متورم شده است و آيا اصلاً تورم رخ داده يا خير.
از سوي ديگر،هرشل تلسكوپ غول پيكري در طول موج فروسرخ است كه به رويدادهاي گوناگون در زمان هاي مختلف تاريخ كيهان سر مي كشد. اين تلسكوپ به قطر3/5متر، بيش از يك متر بزرگ تر از هابل 2/4متري، بزرگ ترين تلسكوپي است كه تا به حال به فضا پرتاب شده. (مطالعه بيشتر درباره ي هرشل: نجوم 185، ص14).
بازگشت به آغاز
ماهواره ي1/8 تني پلانك به ياد ماكس پلانك (1858- 1947)، فيزيك دان آلماني مبتكر نظريه ي كوانتومي، نامگذاري شده است. اين ماهواره پس از سفري دو ماهه به ناحيه اي در اطراف نقطه ي L2 (يكي از نقاط متعادل گرانشي در مجموعه ي زمين- خورشيد) مي رسد و در همسايگي (دور) كاوشگر WMAP قرار مي گيرد كه از سال 1380/2001 مشغول كار است.
هرچند تابش ريزموج زمينه ي كيهان (CMB) نسبتاً سرد است (با دماي 2/725كلوين يا حدود 270- درجه ي سانتي گراد)، در حقيقت براي كيهان شناسان موضوعي داغ است. آنها آن را همچون كاغذ ديواري اي مي بينند كه زمينه ي كره ي آسمان را، در پشت هرآنچه ديدني و ناديدني، پوشانده است.
اين تابش در اصل نوري زرد- سفيد حاصل از گاز پلاسماي داغ ناشفافي بوده كه از 380 هزار سال پس از مهبانگ عالم را فراگرفته است. در آن زمان، اين گاز آنقدر سرد شد كه الكترون ها و پروتون ها مي توانستند به هم بپيوندند و تشكيل اتم هاي هدروژن بدهند و گاز شفاف شود. وقتي جهان از كدر به شفاف تبديل شد اين نور سفيد براي سفر بي كران خود آزاد شد و سراسر كيهان را در بر گرفت.
از آن زمان، فضا 1090 مرتبه (در هر سه بعد) منبسط شده است. پس فوتون هاي نور، كه در ميان فضاي منبسط شونده سفر مي كردند، با همين ضريب دچار انتقال به سرخ شدند (بزرگ و ضعيف شدند) و به جاي نور به امواج ميلي متري و ريزموج (ميكروويو)، در ميان قلمرو فروسرخ و امواج راديويي، تبديل شدند.
تابش زمينه تقريباً يكدست و يكنواخت است، اما نه كاملاً. وقتي از دماي آن، با دقت يك جزء در صدهزار، نقشه برداري كنيم مي بينيم كه سرتاسر آن را نقاط گرم تر و سردتري در همه ي مقياس هاي اندازه مي پوشانند. آمار اين نقاط- قدرت و شدت متفاوت در هر اندازه- چيزهايي درباره ي فرايندهاي رخ داده در حين و كمي پس از مهبانگ به ما مي گويند كه براي كيهان شناسان بي اندازه ارزشمندند.
به نظر مي رسد كه عالم نوزاد، پيش از پيدايش ماده از انرژي، بسيار ساده بوده است؛ ميدان انرژي فوق العاده چگال بدون هيچ ذره ي مادي و ساختاري و فقط داراي آشفتگي هاي بسيار كوچك تصادفي كه در ذات طبيعت است. كيهان شناسان بر اين باورند كه كيهان در طول نخستين لحظه ها بايد با ضريب دست كم 1026بار (نسبت اندازه ي يك باكتري به يك كهكشان!)، يا شايد هم با ضريبي بيشتر، منبسط شده باشد. كيهان شناسان اين مرحله ي كوتاه و حساس را «تورم» مي نامند.
طي اين لحظه، در 13/7 ميليارد سال پيش، آشفتگي هاي كوانتومي تصادفي همراه با فضاي دربرگيرنده شان گسترش يافتند. آنها، در شكل بزرگ شده ي خود، به اساس همه ي ساختارهاي بزرگ مقياس كيهاني، مانند كهكشان ها و خوشه هاي كهكشاني، تبديل شدند.
جذاب ترين چيز درباره ي اين داستان آن است كه تقريباً هر قطعه از مدارك، از هر نوع، كاملاً با داستان جور است.
اما تورم چطور عمل كرد؟ و پيش از آن چه بود؟ (اصلاً چيزي بود؟)
نقشه ي جامع
پلانك براي كشف دقيق اطلاعات نخستين لحظه هاي كيهان طراحي شده كه در دل تابش زمينه نهفته اند. قلب اين كاوشگر آينه ي اصلي بيضوي مايلي به ابعاد 1/5 در1/9 متر است (در تصوير اين صفحه زير لفاف است) كه گشودگي دايره اي به قطر1/5 متر به دست مي دهد. فرايندي چندمرحله اي آشكارسازي هاي سوار بر آينه را تا 0/1 كلوين (نزديك به صفر مطلق) خنك مي كند. اين آشكارسازها طوري كاليبره شده اند كه اختلاف دماهايي به كوچكي 2 يا 3 جزء در ميليون را ثبت كنند. در مقايسه با WMAP، انتظار داريم ابزارهاي پلانك علائمي 10 بار ضعيف تر را اندازه گيري كنند. همچنين، بيشترين تفكيك زاويه اي سه بار واضح تر خواهد بود.
افزون براين، پلانك نسبت به پيش كسوت خود طيف وسيع تري را پوشش مي دهد و فركانس هايي تا 10 بار بالاتر (از 30 تا 857 گيگاهرتز، معادل طول موج هايي از يك سانتي متر تا 0/35 ميلي متر) را رصد مي كند. هر شش ماه، پلانك كل آسمان را در 9 فركانس از اين بازه نقشه برداري مي كند.
آشكارترين نمايش آماري بررسي تابش زمينه نموداري به نام طيف شدت (power spectrum) است؛ نموداري از شدت متوسط نوسان هاي دمايي تابش زمينه در مقياس هاي مختلف زاويه اي، از عرض كره ي آسمان (90 درجه) تا كوچك ترين جزييات نقشه. طيف شدت تابش زمينه، طبق دانسته هاي اكنون ما، در شكل اين صفحه نشان داده شده است. زواياي كوچك، در مركز و سمت راست نمودار، اثر انگشت امواج فشار كيهاني اند كه در ميان عالم چگال نخستين، همچون امواج غول آساي صوتي، پخش شدند. در زمان هاي بسيار نخستين، به سبب چگالي بي حد كيهان سرعت صوت هنوز به سرعت نور نزديك بود.
نخستين و بزرگ ترين قله در نمودار در مقياس اندازه ي يك درجه پيدا مي شود. اين قله نمايانگر پر شدت ترين تغييرات در تمام مقياس هاي زاويه اي و نشان دهنده ي طول موجي است كه نخستين امواج آكوستيك بر آن موثر بوده اند. اين مقدار، با قياس مستقيم، سن عالم از زمان مهبانگ را دقيقاً 0/1 ±13/73 ميليارد سال تخمين مي زند.
آغاز همه چيز
دانشمندان به دنبال كسب دركي از نخستين لحظات زندگي عالم از طريق ماهيت آشفتگي هاي كوانتومي هستند كه ظاهراً موجب شكل گيري همه ي ساختارهاي بزرگ مقياس امروز شده اند. آمار اين آشفتگي ها در قله هاي متعدد و مختلف طيف شدت نهفته است. تركيب عالم آغازين نيز، از نظر فراواني ماده ي عادي و ماده ي غيرباريوني يا همان ماده ي تاريك عجيب، در ارتفاع نسبي قله ها پنهان است.
كيهان شناسان درباره ي اينكه تورم چگونه مهبانگ را به راه انداخت به نظريه هاي گوناگوني رسيده اند. نظريه هاي متفاوت درباره ي تورم اشكال نسبتاً متفاوتي از طيف شدت را پيش بيني مي كنند. حال كه كيهان شناسان احاطه ي خوبي بر پارامترهاي مهم كيهان شناسي- همچون سن، سرعت انبساط، چگالي ماده و انرژي، و هندسه ي عالم- دارند، اميدوارند با استفاده از داده هاي بهبوديافته به حوزه هاي بيشتري وارد شوند.
يكي از دانشمندان طرح پلانك، تُرستِن انسلين (از موسسه ي اخترفيزيك ماكس پلانك در نزديكي مونيخ آلمان)، اميدوار است كه داده هايي كه به دست مي آيند حاوي نكات جالب و تعجب آوري باشد كه هيچ كس انتظارش را ندارد. به گفته ي او، «ظرفيت بالقوه ي پلانك همين است. اين ماموريت نتايج ماهواره ي WMAP را بازبيني مي كند. برخي از آنها كاملاً دقيق اند، اما نه به اين معني كه ما تصوير كامل را در اختيار داريم.»
با وجودي كه تورم عنصر اصلي مدل هاي استاندارد كيهان شناسي امروز است، شواهد مستقيم آن فقط اندكي در تيررس WMAP بود. كيهان شناسان علاقه دارند به شواهد مستقيم بيشتري درباره ي وقوع تورم دست يابند. به گفته ي انسلين، «ماهواره ي پلانك اين خواسته را به علم محض تبديل مي كند. دانش ما درباره ي اين عصر رازآلود هنوز مبهم است؛ نمونه هاي متناقض بسياري از نظريه ي تورم وجود دارد.»
نظريه ي تورم پيش بيني مي كند كه امواج گرانشي ممتد مي بايست در ميان عالم نخستين جاري بوده باشند و اين امواج مي بايست الگوهاي ضعيف اما مشخصي را بر تابش زمينه حك كرده باشند. اين الگوها خود را بايد در قطبيدگي ريزموج كيهاني نشان دهند. پلانك براي يافتن چنين الگوهايي تلاش مي كند. يافتن آنها تاييدي پيروزمندانه بر مدل مهبانگ تورمي است. برخي كيهان شناسان مفهوم تورم را وجود تورمي ازلي و بي پايان مي دانند كه خارج از عالم بي نهايت مهبانگ ديگر و كيهان هاي ديگر را خلق مي كند.
اما در نظريه ي ديگري درباره ي علت ايجاد مهبانگ هيچ چنين الگوهاي قطبشي پيش بيني نمي شود. در اين نظريه، مهبانگ نتيجه ي برخورد «غشاء هاي» سه بعدي فضا در ماتريسي با ابعاد بيشتر است؛ كمي شبيه غشاءهاي دو بعدي حباب هاي صابون كه حين شناور شدن حباب ها در اتاقي 3 بعدي با هم برخورد م كنند.
اما بايد اعتراف كرد كه اين كار به درازا مي كشد. اگر پلانك در حقيقت به حد كافي حساس باشد كه ردپاهاي مستقيم قطبش تورم، يا كمبود آنها، را آشكار كند سال ها تحليل پرزحمت داده ها پس از آن لازم است.
همسفر پلانك
رصدخانه ي فضايي هرشل، با وزن 3/3 تن، اكنون بزرگ ترين رصدخانه ي فروسرخ درفضاست و از تلسکوپ فضايي فروسرخ اسپيتزر ناسا، با قطر آينه ي 0/85 متر،پيشي گرفته است. آشكارسازهاي اسپيتزر به طول موج هايي در بازه ي فروسرخ مياني تا دور، از 3 تا 180 ميكرومتر، حساس است و هرشل به طول موج هاي فروسرخ دور و ريز ميلي متري، از 55 تا 670 ميكرومتر، نگاه مي كند. طول موج دوم محدوده اي بسيار پنهان و كاوش نشده است.
يكي از طرح هاي تحقيقاتي اين است كه چرا تعداد متفاوتي از ستاره ها با جرم متفاوت شكل مي گيرند. همه جا، در راه شيري ما و ديگر كهكشان ها، اخترشناسان ستاره هاي پرجرم كم تعدادي را در ميان بسياري ستاره هاي كم جرم مي يابند. اين توزيع چگونه به وجود آمده است؟ محققان بر اين باورند كه اين حالت در ابرهاي ملكولي سرد و چگال پديدآورنده ي ستاره ها از پيش شكل گرفته است. به كمك هرشل دانشمندان مي توانند حتي خوشه هاي كوچك گازي را با جرمي به كمي يك دهم جرم خورشيد ببينند و بررسي كنند كه آيا اين ستاره هاي در حال شكل گيري هم همين توزيع جرم ستاره هاي بالغ را دارند؟
اين فقط يك علت جذاب بودن نجوم فروسرخ است. بسياري از اخترشناسان بر اين باورند كه در نور فروسرخ چيزهاي بيشتري براي ديدن وجود دارد. چشماني كه طبيعت به ما داده براي ديدن در طول موج مطلوب نجوم تنظيم نشده است. و اين شامل اجرام درخشان درون كهكشان خودمان نيز مي شود. وقتي نوبت به اجرام بسيار كم فروغ مي رسد، كه آينه ي بزرگ هرشل آنها را در دسترس ما قرار دهد، كيهان شناسان انتظار دارند كه برخي از دورترين و نخستين كهكشان هاي ستاره ساز را در انتقال به سرخ بالا بررسي كنند.
هم پلانك و هم هرشل برنامه هاي كاري كاملي دارند و زماني محدود براي انجام همه ي آنها. براي هرشل مايع خنك كننده عامل محدودكننده است. وقتي ذخيره ي هليوم مايع هرشل تمام شود رصدهايش متوقف مي شود. سازندگان آن طول عمر 3/5 سال را برايش قول داده اند و خوش بينان اميدوارند يك سال هم به آن اضافه شود. طول عمر پيش بيني شده براي پلانك حتي از اين هم كمتر است؛ پس از 15 ماه مأموريت اصلي آن تمام مي شود.
اين دو مسافر حين اجراي مأموريتشان در نزديكي نقطه ي دوم لاگرانژي كاملاً تنها هستند. آنها حتي دوباره با هم ملاقات نخواهند كرد. اما هر كدام سخت كار مي كند تا درك ما را از عالم عميق تر كنند.
برگرفته از: Sky&Telescope, May 2009
اطلاعات بيشتر درباره ي ماهواره ي پلانك و اهداف كيهان شناسي آن:
17=index.cfm?fareaid/area/www/e-science/Sci.esa.int
منبع:نشريه نجوم،شماره187
