ايتنا - کهکشان ما در مرکز یک حفره خالی کیهانی به ابعاد دو میلیارد سال نوری قرار دارد

کهکشان ما، راه شیری، تنها یکی از میلیاردها کهکشان در گیتی به شمار می‌رود. از این رو جایگاه آن در عالم در مقیاس کلان چندان خاص به نظر نمی‌رسد. اما زمانی که آن را نه در مقیاس کل گیتی، بلکه در همسایگی کیهانی نزدیک‌ در نظر بگیریم، داستان متفاوت می‌شود و می‌توان گفت که کهکشان ما در موقعیت خاصی از عالم قرار دارد.

بیزنس اینسایدر (Business Insider) با انتشار گزارشی در این زمینه، بر اساس یافته‌‌های جدید اخترشناسان می‌نویسد که مشاهدات رو‌به‌افزایش نشان می‌دهند که ما در مرکز یک حفره کیهانی عظیم قرار داریم؛ حفره‌ای که تا به حال نظیر آن مشاهده نشده است.

اخترشناسان نخستین بار در سال ۲۰۱۳ از احتمال وجود این حفره خبر داده بودند ولی شواهد مبنی بر آن، از آن زمان به بعد پیوسته افزایش یافت. البته نکته مهمی که کیهان‌شناسان بر آن تاکید می‌کنند، این است که اصولا چنین حفره‌ای نباید وجود داشته باشد و اگر چنین حفره‌ای در عالم باشد، به این معنی است که احتمالا فهم ما از کیهان مشکلی دارد.

بر اساس یک اصل بنیادی در کیهان‌شناسی به نام اصل کیهان‌شناختی، ماده در گیتی باید در مقیاس‌های بزرگ به طور یکنواخت توزیع شده باشد. دلیل اهمیت این موضوع این است که دانشمندان با فرض یکنواختی می‌توانند همان قوانین فیزیکی را که برای اجسام نزدیک به کار می‌برند، برای اجسام در لبه‌های دوردست کیهان نیز اعمال کنند. به عبارت دیگر، همه چیز تحت قوانین جهانی یکسان عمل می‌کند.

این یک رویکرد ساده و مستقیم به مطالعه و فهم کیهان ما است و نشان می‌دهد که حفره‌ها‌ــ از جمله حفره‌ای که ما ممکن است در آن زندگی کنیم‌ــ اساسا نباید وجود داشته باشند. اما مشاهدات متعدد طی دهه گذشته نشان می‌دهند که ماده در کیهان ممکن است به مناطق با چگالی بالا و پایین تقسیم شود، به این معنی که ممکن است آن‌چنان که تصور می‌شد، یکنواخت نباشد.

حفره کی‌بی‌سی (KBC) و قوانین کیهان‌شناسی
ایندرانیل بانیک، محقق دوره پسادکترای اخترشناسی در دانشگاه سنت‌اندروز، می‌گوید: «اکنون تقریبا روشن است که ما در یک حفره عظیم قرار گرفته‌ایم.» به گفته او، «هنوز بعضی‌ها تا حدی با آن مخالف‌اند. برای نمونه، برخی افراد به‌درستی استدلال کرده‌اند که چنین حفره‌ای اصولا نباید در مدل استاندارد وجود داشته باشد. این درست است. اما متاسفانه این را اثبات نمی‌کند که چنین حفره‌ای وجود ندارد».

بانیک و همکارانش اواخر سال ۲۰۲۳ مقاله‌ای را در نشریه اطلاعیه‌های ماهانه انجمن سلطنتی اخترشناسی منتشر کردند که نشان می‌داد ما احتمالا در نزدیکی مرکز این حفره که حفره کی‌بی‌سی (KBC) نام دارد و پهنای آن حدود دو میلیارد سال نوری است، زندگی می‌کنیم. به عبارت دیگر، ابعاد این حفره حدود ۲۰هزار برابر قطر کهکشان ما یعنی کهکشان راه شیری است.

دانشمندان می‌گویند انبساط گیتی موجب می‌شود کهکشان‌ها از هم دور شوند. بر اساس کیهان‌شناسی امروز، می‌دانیم هرچه کهکشان‌ها از ما دورتر باشند، با سرعت بیشتری نیز از ما دور می‌شوند. این مفهوم که بر اساس ثابت هابل توضیح داده می‌شود، رابطه میان سرعت دور شدن و فاصله کهکشان‌ها را بیان می‌کند و می‌گوید که گیتی با نرخ ۷۰ کیلومتر بر ثانیه در هر مگاپارسک در حال انبساط است.

با این حال کیهان‌شناسان می‌گویند چیزی در این بین با مشاهدات همخوانی ندارد و مشکل این است که این میزان نرخ انبساط گیتی در مدل استاندارد کیهان‌شناسی، با داده‌های تجربی سازگاری دقیقی ندارد و این به چالشی در علم تبدیل شده است که اصطلاحا به آن «تنش هابل» می‌گویند.

به گفته پژوهشگران زمانی که نرخ انبساط عالم با استفاده از کهکشان‌ها و ابرنواخترهای نزدیک (یعنی ستاره‌های در حال انفجار) اندازه‌گیری می‌شود، این میزان ۱۰ درصد بزرگ‌تر از زمانی است که با تابش زمینه کیهانی (CMB) تعیین می‌‌شود.

ایده بانیک و همکارانش در توضیح این ناهماهنگی این است که ما در یک فضای خالی بسیار عظیم در گیتی و به عبارتی در منطقه‌ای با چگالی کمتر از متوسط در کیهان به سر می‌بریم.

به گفته بانیک وجود چنین فضای نسبتا خالی عظیم و عمیقی بر مبنای مدل استاندارد کیهان‌شناسی غیرمنتظره است. او می‌گوید تابش زمینه کیهانی، تصویری از ساختار عالم در شرایط اولیه آن به دست می‌دهد که حاکی از آن است که ماده امروزی باید به‌طور یکنواخت پراکنده شده باشد. این در حالی است که شمارش مستقیم تعداد کهکشان‌ها در مناطق مختلف گیتی نشان می‌دهد که ما احتمالا در یک حفره خالی محلی قرار گرفته‌ایم.

البته حفره کی‌بی‌سی کاملا تهی و خالی نیست. در واقع این حفره نمی‌تواند خالی باشد، چرا که خود ما درون آن زندگی می‌کنیم اما اگر محاسبات بانیک و همکارانش درست باشد، این حفره حدود ۲۰ درصد از فضای خارج از مرز خود خالی‌تر است. شاید در نگاه اول، این میزان به نظر زیاد نرسد اما از نگاه کیهان‌شناسان زیاد است و می‌تواند رفتارهای گیج‌کننده‌ در همسایگی کیهانی ما را توضیح دهد و بگوید چرا ستارگان و کهکشان‌های نزدیک به ما سریع‌تر از آنچه باید، از ما دور می‌شوند، در حالی که ثابت هابل باید در هر جایی از گیتی که به آن نگاه می‌کنید، چه نزدیک و چه دور، یکسان باشد. اما مشکل این است که به نظر می‌رسد کهکشان‌ها و ستارگان در همسایگی ما سریع‌تر از مقداری که ثابت هابل پیش‌بینی می‌کند، از ما دور می‌شوند و این اساسا خلاف قوانین کیهان‌شناسی است.

وجود این حفره عظیم ممکن است بتواند این اختلاف در ثابت هابل یعنی «تنش هابل» را توضیح دهد؛ زیرا مناطق با چگالی بالا و گرانش قوی‌تر در خارج از حفره می‌توانند کهکشان‌ها و ستارگان را به سمت خود بکشند.

بانیک استدلال می‌کند که این جریان‌های خروجی می‌توانند توضیح دهند که چرا اخترشناسان وقتی به اجرام نزدیک نگاه می‌کنند، مقدار بیشتری را برای ثابت هابل محاسبه می‌کنند. بر این اساس، مواد در خلا سریع‌تر حرکت می‌کنند و از منطقه خالی ما به سمت فضای پرتراکم بیرون پرتاب می‌شوند.

راه‌حلی که هنوز قطعی نیست
حفره کی‌بی‌سی تنها راه‌حل ممکن برای توضیح تنش هابل نیست. برخی دانشمندان، روی عاملی به نام انرژی تاریک اولیه تاکید می‌کنند. این نظریه نوعی جدید از انرژی را پیشنهاد می‌کند که نرخ انبساط کیهان را در مراحل اولیه تحت تاثیر قرار داده و در نهایت به تنش هابل منجر شده است.

اما بانیک با این دیدگاه موافق نیست و می‌گوید نظریه انرژی تاریک اولیه با برخی حقایق درباره کیهان تناقض دارد. برای نمونه ما باید سن ستارگان باستانی را برای درست در آمدن این نظریه اصلاح کنیم. در غیر این صورت، این ستارگان باید قدیمی‌تر از خود کیهان باشند که منطقی نیست.

از این رو، بانیک به نظریه‌ای مبنی بر وجود یک حفره عظیم پیرامون ما پایبند است. پروژه تحقیقاتی بعدی او بررسی داده‌های ابرنواخترها برای فهمیدن این موضوع است که آیا ثابت هابل در خارج از مرزهای خلا محلی به مقدار پیش‌بینی‌شده با مدل استاندارد کیهان‌شناسی بازمی‌گردد یا خیر. اگر نظریه او درست باشد، نباید از وجود تنش هابل در خارج از مرزهای این خلا که پهنای آن حدود دو میلیارد سال نوری است، هیچ نشانه‌ای وجود داشته باشد. تا آن زمان، راه‌حل پیشنهادی او نیز پاسخی قطعی برای «تنش هابل» به شمار نمی‌رود و باید صبر کرد و دید چه پیش می‌آید.