تحقیقات

برای توضیح بهتر اجازه بدهید تحقیقاتم رو به دو بخش تقسیم کنم. بخش اول برای کسانی که آشنایی کمتری با نجوم دارند و بخش دوم برای کسانی که پشت زمینه نجومی خوبی دارند. نوشت های فارسی که مستقیما به تحقیقات فعلیم ارتباطی ندارند را می توانید در بخش نوشته ها ببینید.

در این صفحه به عنوان ترجمه کلمه Universe از کلمه گیتی استفاده شده است. کلمه گیتی را از میان چهار کلمه انتخاب کردم: گیتی. کیهان. جهان و دنیا. کلمه های جهان و دنیا به دلیل کاربردهایی مانند «جام جهانی» بیشتر فقط به کره زمین ارجاع می دهند و نه به تمام هستی. از میان دو کلمه گیتی و کیهان نیز حس می کنم کلمه گیتی بیشتر به «تمام هستی» نزدیک هست. اما هر نقدی را در این رابطه با کمال میل پذیرا هستم.

مقدمه (برای آنهایی که آشنایی کمتری با نجوم دارند)

کهکشانها یکی از زیباترین متنوعترین و اگر از من بپرسید چذاب ترین سیستم های موجود در طبیعت هستند. فاصله آنها از ما خیلی زیاد هست طوری که نزدیکترین آنها ۲.۳ میلیون سال نوری (یا حدود ۲۰میلیارد میلیارد کیلومتر) از ما فاصله دارد و از طریق پیوندهای گرانشی که با همسایه های خود درست می کنند بزرگترین ساختارهای موجود در گیتی رو می آفرینند: خوشه ها و ابرخوشه های کهکشانی.

عمر گیتی خیلی زیاد است (طبق آخرین تخمین حدود ۱۳.۷ میلیارد سال). اگر ما این مدت را با مدت زمانی که ما در حال مطالعه دقیق آسمان (عکس برداری از آن در طول حدود ۱۰۰ سال گذشته) هستیم مقایسه کنیم می بینیم که ما فقط ۷ میلیاردم از عمر جهان را مطالعه کردیم. بذارید با یک مثال ذهنی ادامه بدهم: فرض کنید که یک موجود فضایی که هیچ آشنایی با بدن و رفتار انسان ندارد فقط بتواند بدن انسان را برای یک پنجم ثانیه مشاهده کند به نظر شما این موجود فضایی چه نتایجی در مورد ساختار بدن انسان می گیرد؟ چه قدر می شود به تفاسیر این موجود فضایی در مورد بدن انسان اعتماد کرد؟ یکی از مشکلات ما در نجوم هم همین است: ما عملا داریم یک عکس ثابت از یک گیتی با جنب و جوش می بینیم.

حالا فرض کنید آن موجود فضایی به جای مطالعه بدن فقط یک انسان برای یک پنجم ثانیه بدن تمام انسان های موجود روی کره زمین را مطالعه کند. در این صورت با وجودی که هر انسان را فقط یک پنجم ثانیه می بیند اما تنوع انسانها روی زمین (از لحاظ سنی. جنسی. نژادی و غیره) باعث می شود که نتایجی که اون موجود فضایی از ساختار بدن انسان و حتی طرز زندگی ما می گیرد خیلی دقیقتر شد. خوشبختانه ما هم در آسمان تعداد خیلی زیادی کهکشان داریم که در سنین مختلف هستند. اما ما در نجوم یک امتیاز دیگر هم داریم که آن موجود فضایی ندارد: اینکه به خاطر سرعت ثابت نور هر چه کهکشان های دورتر را مشاهده می کنیم عملا داریم به اعصار اولیه عمر گیتی بر میگردیم. یعنی اینکه ما یک جمعیت کامل از کهکشانها را در اعصار مختلف عمر جهان می بینیم و بدین روش می توانیم نه تنها کهکشان ها را بشناسیم بلکه تکاملشون را در طول عمر گیتی ببینیم.

موضوع کار من دقیقا همین هست. از طریق عکس های خیلی عمیقی که منجمان می گیرند ما می توانیم جمعیت های مختلف کهکشانی را در آسمان ببینیم و از طریق مقایسه خصوصیات این کهکشانها در طول عمر گیتی هم گیتی را بهتر بشناسیم و هم کهکشان ها را. منجمان تکامل انواع خصوصیات کهکشانها را بررسی می کنند (مانند جرم. نور. خطوط طیفی و غیره) اما من فعلا دارم روی تکامل اندازه کهکشان ها از دوران طفولیت گیتی تا به امروز کار می کنم.

قبل از ادامه اجازه بدهید کمی در مورد نوع عکسهایی که من (و سایر اخترشناسان گیتی اولیه) مطالعه می کنم توضیح بدم. عکس هایی که عموم مردم از کهکشان ها می بینند (مانند همین دو عکسی که در بالای این صفحه هست) عکسهایی از کهکشانهای خیلی خیلی نزدیک است. به عنوان مثال کهکشان گردآب که در کنار صفحه می بینید فقط حدود ۷ میلیون سال نوری از ما فاصله دارد. اما کهکشان هایی که من روی آنها کار می کنم به طور متوسط حدود ۵۰میلیارد سال نوری از ما فاصله دارند. طوری که موقعی که نور از آنها به سمت ما راه افتاد دنیا یک سوم امروز عمر داشت! این دو کهکشان بالا که شما در این صفحه می بینید را می توان با یک دوربین دوچشمی هم دید (البته باید تجربه داشته باشید) اما کهکشانهایی که مورد مطالعه منجمانی مثل من هستند را فقط می توان با تلسکوپ های بزرگتر از ۸ متر و بعد از ساعت ها نوردهی دید. به عنوان مثال عکس زیر را می توانید ببینید:

این عکس بعد از ۲۸ساعت نوردی با تلسکوپ سوبارو بدست آمده است. در عمل تشخصی کهکشانها از نویز (مانند برفک در تلویزیون های قدیمی) خیلی سخت هست. ما با عکس گیری از یک منطقه از آسمان در طول موج های مختلف و مقاسیه نور کهکشان در آن طول موج ها با هم می توانیم تعدادی از خصوصیات کهکشانها را بدست بیاوریم و همانطوری که در بالا گفتم با مقایسه آن خصوصیات با کهکشانهای نزدیک هم تکامل گیتی و هم تکامل کهکشان ها را بشناسیم.

امروزه بهترین مدلی که برای تکامل گیتی به طول کلی وجود دارد مدل ماده تاریک سرد به همراه انرژی تاریک هست. انرژی تاریک حدود ۷۰درصد انرژی گیتی را شامل می شود و ماده تاریک هم حدود ۲۵درصد آن را. در عمل کل ماده و نوری که ما در گیتی می بینیم (تاریک نیست) فقط پنج درصد کل انرژی گیتی را شامل می شود!!!!

تحقیقات فعلی من

طبق مدل ماده تاریک سرد به همراه انرژی تاریک در زمانی که گیتی هنوز خیلی جوان بود (کمتر از یک میلیون سال از انفجار بزرگ گذشته بود) توزیع ماده و انرژی در گیتی خیلی همگن بود اما با افزایش زمان و انبساط مقیاس گیتی دمای گیتی کمتر و کمتر شد و ماده تاریک شروع به متراکم شدن کرد. به دلیل مقدار بسیار کم که ماده باریونی (یا ماده هایی که ما می بنیم) داشت ماده عادی هم به دنبال ماده تاریک متراکم شد و اولین ستاره ها و اولین کهکشانها ایجاد شدند. این کهکشانهای اولیه با پیوند خوردن به همدیگر و تشکیل کهکشانهای بزرگتر و بزرگتر کهکشانهای بسیار عظیم و پیر امروزی را تولید کردند. تا اینجای داستان این توضیحات مورد قبول بیشتر اخترشناسان است اما اینکه این روند در چه بخشی از تکامل گیتی بیشترین اثر را داشته هنوز مورد بحث زیادی است. به عنوان مثال می توانید این مقاله را ببینید. در این مقاله با ترکیب عکس کهکشانهای هم دوره در چهار دوره سعی کرده اند نشان بدهند که هر چه به گیتی جوانتر نگاه می کنیم کهکشانها کوچکتر بودند.

در عکس زیر آنها عکس کهکشانهای تقریبا همزمان با هم را با هم مقایسه کرده اند تا نشان بدهند که هر چه به گیتی جوانتر نگاه می کنیم کهکشانهای پرجرم کوچکتر می شوند. اگر شمارش را از سمت چپ شروع کنیم عکس اول تعدادی از کهکشانهای گیتی ۶ میلیارد سال پیش هست. عکس دوم تعدادی از کهکشانهای گیتی ۹ میلیارد سال پیش را نشان می دهد. عکس سوم کهکشانهای حدود ۱۰ میلیارد سال پیش و در نهایت عکس چهارم کهکشانهای حدود ۱۱ میلیارد سال پیش. به دلیل نور بسیار کم هر کهکشان این گروه عکس کهکشانها را روی هم گذاشتند و متوسط گیری کرده اند تا این عکس ها را تولید کنند. از چنین استدلال هایی این گروه از اخترشناسان اعتقاد دارند که افزایش اندازه کهکشانها یک روند پیوسته در عمر گیتی بوده است. اما همه اخترشناسان نمی توانند این استدلال را به راحتی قبول کنند.

این گروه اول عکس همه کهکشانها را دی-کانولو کرده اند (یعنی با الگوریتم هایی اثر جو را از بین برده اند) و بعد عکس همه کهکشانها را با هم جمع کرده اند و متوسط گیری کرده اند. اما به هر دو پله ایرادهایی وارد است: یکی اینکه آن الگوریتم دی-کانولو کردن خود باعث افزایش نویز عکس می شود و در نتیجه تشخصی مناطق بیرونی کهکشان (که در تعریف اندازه آن نقش مهمی دارند) سخت تر می شود. ایراد دیگر متوسط گیری از تمام کهکشان ها است. کهکشان ها بسیار متنوع هستند و توزیع اندازه آنها به هیچ وجه یک توضیع نرمال (متقارن) نیست. وقتی به توضیع اندازه کهکشانها نگاه می کنید می بینید که چولگی در این خصوصیات مشهود است و در نتیجه متوسط گیری نماد خوبی برای مجموعه کهکشانهایی که آنها مطالعه کرده اند نیست.

برای شرکت در این بحث من سعی کردم یک روش جدید برای بررسی اندازه کهکشانها ایجاد کنم که با استفاده از آن این ایرادهایی که در بالا شمردم وجود نخواهند داشت. در حال حاضر در حال نوشتن مقاله ام برای معرفی روش جدیدم هستم و به زودی که مقاله به چاپ رسید آن را برای مطالعه روی این سایت قرار می دهم. تا به حال در دو کنفرانس بین المللی در هوالین (تایوان) مونیخ (آلمان) و لس آنجلس (آمریکا) سخنرانی کرده ام و روش جدیدم رو معرفی کرده ام.

این صفحه در تاریخ ۱۴ اردیبهشت ۱۳۹۱ ساخته شده است.