از اواخر قرن بیستم میلادی، یکی از بزرگ‌ترین کشفیات علم این بود که جهان نه تنها در حال انبساط است، بلکه سرعت این انبساط به مرور زمان بیشتر می‌شود ((کشف انبساط شتاب‌دار کیهان، ۱۹۹۸ میلادی)). عاملی که این شتاب را هدایت می‌کند «انرژی تاریک» نام گرفت و در مدل استاندارد کیهان‌شناسی، به عنوان یک خاصیت بنیادین و تغییرناپذیر فضا یعنی «ثابت کیهان‌شناسی اینشتین» شناخته می‌شد. اما انتشار نتایج سال نخست [[ابزار طیف‌سنجی انرژی تاریک]] (DESI) در سال ۲۰۲۴ نشان داد که انرژی تاریک احتمالاً یک ثابت ایستا نیست و ممکن است در طول تاریخ کیهان دستخوش تحول و زوال شده باشد ((همکاری بین‌المللی DESI، گزارش نوسانات آکوستیک باریونی، ۲۰۲۴ میلادی)).
<پیام کلیدی پژوهش: اندازه‌گیری‌های رصدی پیمایش DESI نشان می‌دهند که انرژی تاریک ممکن است نه یک ثابت همیشگی، بلکه ماهیتی پویا و متغیر با زمان باشد؛ فرضیه‌ای که در صورت تأیید، بنیاد مدل استاندارد کیهان‌شناسی را دگرگون خواهد کرد.>
# امواج صوتی منجمد در کیهان: خط‌کش استاندارد چگونه کار می‌کند؟ #
برای ردیابی سرعت انبساط عالم در طول میلیاردها سال، کیهان‌شناسان نیازمند ابزاری شبیه به یک خط‌کش با اندازه مشخص هستند. این ابزار «نوسانات آکوستیک باریونی» (BAO) نام دارد.
در دوران نوزادی کیهان (حدود ۳۸۰ هزار سال نخست پس از مهبانگ)، جهان به قدری داغ و چگال بود که ماده معمولی (باریون‌ها) و ذرات نور (فوتون‌ها) به یکدیگر گره خورده بودند و شبیه به یک مایع یا پلاسمای یکپارچه رفتار می‌کردند. در درون این پلاسما، امواج صوتی ناشی از کشمکش گرانش و فشار نور در تمام جهات منتشر می‌شدند:
1. **انتشار امواج صوتی:** امواج صوتی حاصل از برهم‌کنش ماده و نور، با سرعتی نزدیک به نصف سرعت نور به سمت بیرون حرکت می‌کردند.
2. **انجماد امواج صوتی:** با گذشت زمان و خنک شدن عالم، الکترون‌ها و پروتون‌ها به هم پیوستند و فوتون‌ها آزادانه در فضا جاری شدند (نخستین نوری که امروز به عنوان تابش زمینه کیهانی می‌بینیم). با خروج نور، فشار صوتی ناپدید شد و امواج صوتی از حرکت بازایستادند.
3. **پدید آمدن خط‌کش استاندارد:** بیشترین فاصله‌ای که این امواج در این مدت پیمودند، یک حلقه کروی با شعاعی حدود ۱۵۰ مگاپارسک (نزدیک به ۵۰۰ میلیون سال نوری) به دور هر توده گرانشی بود که «افق صوتی» نامیده می‌شود.
ماده در لبه این حلقه‌ها متراکم‌تر شد و کهکشان‌های بعدی ترجیح دادند در امتداد این لایه‌های کروی شکل بگیرند. امروزه، اگر در آسمان به فواصل میان جفت‌کهکشان‌ها بنگریم، نوعی فاصله‌گیری ترجیحی به اندازه همین خط‌کش کیهانی مشاهده می‌شود. با اندازه‌گیری اندازه ظاهری این خط‌کش در سرخ‌گرایی‌های مختلف، می‌توان محاسبه کرد که فضا در هر دوره تاریخی با چه سرعتی منبسط شده است.
# مقیاس رصدی پروژه DESI: بزرگ‌ترین نقشه سه‌بعدی از کهکشان‌ها #
تلسکوپ ۴ متری مایال در آریزونا مجهز به دستگاهی به نام DESI شده است که در کانون آن ۵۰۰۰ بازوی رباتیک وجود دارد. هر بازو یک فیبر نوری باریک را به دقت به سوی یک کهکشان نشانه می‌رود و نور آن را ثبت می‌کند.
در داده‌های سال نخست، این ابزار توانست بیش از ۶ میلیون کهکشان و اختروش را در گستره‌ای معادل ۱۱ میلیارد سال از عمر عالم نقشه‌برداری کند:
* کهکشان‌های درخشان و نزدیک برای ثبت وضعیت کیهان در دوران متأخر.
* کهکشان‌های خط نشری و کهکشان‌های سرخ برای فواصل میانی.
* گازهای میان‌کهکشانی رقیق هیدروژن در مسیر نور اختروش‌های دوردست (جنگل لایمن-آلفا) برای بررسی اعماق جهان در سرخ‌گرایی‌های بیش از ۲.
برای اطمینان از اینکه پژوهشگران به طور ناخودآگاه داده‌ها را به سمت نتایج دلخواه خود هدایت نکنند، تمام محاسبات با روش «کورسازی داده‌ها» (Blinding) انجام گرفت؛ به طوری که ارقام واقعی تنها پس از تثبیت نهایی تمام روش‌های تحلیلی آشکار شدند.
# وضعیت مدل استاندارد و پارادوکس ثابت هابل #
بر اساس داده‌های به دست آمده از نوسانات صوتی DESI به تنهایی، چگالی کل ماده در جهان (ماده تاریک به همراه ماده معمولی) حدود ۲۹.۵ درصد از کل انرژی کیهان تخمین زده می‌شود:
$$
\Omega_m \approx 0.295
$$
این نتیجه نشان می‌دهد که مابقی کیهان (حدود ۷۰ درصد) از انرژی تاریک تشکیل شده است.
هنگامی که این خط‌کش کیهانی با داده‌های فیزیک هسته‌ای مهبانگ ترکیب می‌شود، سرعت انبساط فعلی عالم یعنی «ثابت هابل» به دست می‌آید:
$$
H_0 \approx 68.5 \text{ km/s/Mpc}
$$
این رقم کاملاً با داده‌های ماهواره پلانک از کیهان اولیه هم‌خوانی دارد، اما همچنان با اندازه‌گیری‌های مستقیمِ تلسکوپ فضایی هابل از ستارگان قیفاووسی محلی (که عددی در حدود ۷۳ را نشان می‌دهند) دچار ناسازگاری آماری و اختلاف است؛ معمایی که در کیهان‌شناسی مدرن به «بحران هابل» شهرت دارد.
# آیا انرژی تاریک تغییر می‌کند؟ نخستین شواهد از یک پدیده متغیر #
در مدل استاندارد کیهان‌شناسی، انرژی تاریک همواره با یک پارامتر نسبت فشار به چگالی معادل عددی ثابت نشان داده می‌شود:
$$
w = -1
$$
اما اگر انرژی تاریک ناشی از یک میدان پویا در فضا باشد، این مقدار می‌تواند با گذشت زمان تغییر کند. کیهان‌شناسان این تغییرات زمانی را با دو مؤلفه مدل‌سازی می‌کنند: ${w_0}$ که مقدار امروزی آن را نشان می‌دهد، و ${w_a}$ که بیانگر نرخ دگرگونی آن در طول زمان است. در مدل ثابت اینشتین، باید دقیقاً ${w_0 = -1}$ و ${w_a = 0}$ باشد.
هنگامی که داده‌های فاصله DESI در کنار اطلاعات تابش زمینه کیهانی و رصدهای ابرنواخترهای نوع Ia قرار می‌گیرند، نتایج جالب‌توجهی آشکار می‌شود:
* ترکیب داده‌های DESI و ماهواره پلانک تمایلی معادل ۲.۶ سیگما به سمت مقادیر متغیر نشان می‌دهد.
* با افزودن داده‌های ابرنواختری مختلف، این ترجیح آماری به ۲.۵ تا ۳.۹ سیگما ارتقا می‌یابد.
در زبان آمار علمی، رسیدن به سطح حدود ۳ تا ۴ سیگما هنوز به معنای اثبات قطعی (که نیازمند آستانه ۵ سیگما است) تلقی نمی‌شود، اما این جدی‌ترین نشانه‌ای است که تاکنون از امکان سست شدن فرضیه ثابت کیهان‌شناسی ثبت شده است. داده‌ها نشان می‌دهند که انرژی تاریک در گذشته‌های دور شدیدتر بوده و با گذشت زمان به سمت رفتاری متفاوت میل کرده است.
# محدودیت‌های کیهانی بر جرم نوترینوها #
نوترینوها ذراتی بنیادین با جرمی بسیار ناچیز هستند که به دلیل سرعت بالای خود در آغاز آفرینش، مانع از به هم پیوستن توده‌های ماده در مقیاس‌های خرد می‌شدند. آزمایشگاه‌های فیزیک ذرات بر روی زمین تنها توانسته‌اند نشان دهند که نوترینوها جرم دارند و مجموع جرم سه نوع نوترینو باید دست‌کم حدود ۰.۰۶ الکترون‌ولت باشد.
داده‌های ترکیبی DESI و کیهان‌شناسی توانسته‌اند مرز بالاییِ فوق‌العاده دقیقی بر وزن این ذرات شبح‌گون بگذارند:
$$
\sum m_\nu < 0.072 \text{ eV}
$$
این مرز نشان می‌دهد که فضا به عنوان یک آزمایشگاه عظیم توانسته است جرم این ذرات را در دامنه‌ای به شدت محدود محصور کند و به فیزیک‌دانان در تشخیص ساختار پنهان مدل استاندارد ذرات یاری رساند.
# چشم‌انداز آینده کیهان‌شناسی #
نتایج سال نخست DESI گواهی بر آغاز عصری نوین در نقشه‌برداری از فضا است. با کامل شدن این پیمایش پنج‌ساله و ثبت بیش از ۴۰ میلیون کهکشان، دانشمندان قادر خواهند بود با قطعیتی به مراتب بالاتر پاسخ دهند که آیا انحراف مشاهده‌شده در انرژی تاریک حاصل خطاهای ناشناخته آماری بوده یا اینکه ما در آستانه درکی تازه از بافتار متغیر و زنده انرژی در کیهان ایستاده‌ایم.