تکامل کیهانی

مقایسه

نحوه بزرگتر یا کوچکتر به نظر رسیدن اشیا در زمانی که دور هستند می تواند به ما کمک کند بفهمیم که آیا فضا منحنی است یا خیر. اما یک مشکل وجود دارد: کهکشان های دور لبه های واضحی ندارند، بنابراین اندازه گیری دقیق اندازه آنها دشوار است. به علاوه، وقتی به کهکشان هایی نگاه می کنیم که واقعاً دور هستند، در واقع آنها را در جوانی می بینیم. این به این دلیل است که نور برای سفر به زمان نیاز دارد، بنابراین هر چه چیزی دورتر باشد، مدت زمان بیشتری طول می کشد تا نور آن به ما برسد. این بدان معنی است که ما همیشه وقتی دورتر را نگاه می کنیم به چیزهای جوان تر نگاه می کنیم. بنابراین، اگر کهکشان ها در زمان جوانی از قطعات کوچکتر ساخته می شدند، ممکن بود در آن زمان کوچکتر باشند. مقایسه کهکشان های نزدیک با کهکشان های دور مانند مقایسه سیب با پرتقال است – به همین سادگی نیست!

برسی کیهان

یکی از راه هایی که دانشمندان شکل کیهان را بررسی می کنند، این است که چگونه اشیا در زمان دور ظاهر می شوند. تصور کنید یک چراغ قوه دارید. وقتی آن را نزدیکتر می کنید، روشن تر به نظر می رسد، درست است؟ در مورد ستارگان و کهکشان ها در فضا هم همینطور است. ما با استفاده از فرمول خاصی اندازه گیری می کنیم که چقدر دور هستند. اما، وقتی به چیزهای بسیار دور نگاه می کنیم، شکل فضا شروع به اهمیت می کند.

فرض کنید به اجسامی نگاه می کنیم که در فاصله چند دهمی قرار دارند (این را “تغییر قرمز” می نامیم). در این فاصله، شکل فضا می تواند بر روشنایی آنها تأثیر بگذارد. اگر جهان مانند یک صفحه صاف باشد، این اجرام دور نزدیک تر و درخشان تر به نظر می رسند. اما اگر جهان منحنی شود، ممکن است دورتر و کم نورتر به نظر برسند.

برای آزمایش این موضوع، دانشمندان باید اجسام خاصی را پیدا کنند که در فواصل مختلف دیده شوند. با مقایسه میزان روشنایی آن‌ها در جابه‌جایی‌های قرمز مختلف، می‌توانیم بفهمیم که جهان تخت است یا منحنی. مانند استفاده از یک چراغ قوه خاص برای کاوش در جهان و بررسی اینکه آیا شکل آن مانند یک کاغذ صاف است یا چیزی پیچیده تر.

مطالعه

مطالعه کهکشان های دور ممکن است ساده به نظر برسد، اما به دلیل چیزی به نام تکامل کیهانی دشوار است. تصور کنید سعی کنید درخشندگی دو نوع مختلف کهکشان را مقایسه کنید، مانند کهکشان های بیضوی، که به شکل تخم مرغ هستند. دانشمندان دریافتند که وقتی به کهکشان‌های بیضوی بسیار دور نگاه می‌کنند، در نوع خاصی از جهان در مقایسه با نوع دیگری درخشان‌تر به نظر می‌رسند. این به این دلیل است که وقتی نور از این کهکشان های دور به ما می رسد، مانند نگاه کردن به گذشته است زیرا میلیاردها سال طول کشیده تا به اینجا سفر کنیم. بنابراین، هر چه کهکشان دورتر باشد، جوان‌تر به نظر می‌رسد، زیرا ما آن را مانند مدت‌ها قبل می‌بینیم. این امر باعث می‌شود اخترشناسان نتوانند ایده‌های بزرگ خود را در مورد نحوه عملکرد جهان بدون اینکه بفهمند کهکشان‌ها در طول زمان چگونه تغییر می‌کنند، آزمایش کنند. بنابراین، اگرچه ما یک آزمایش ساده می خواهیم، اما آنقدرها هم آسان نیست!

سن

ستاره شناسان دوست دارند ساده ترین گروه های ستاره ای را برای مطالعه چیزهای فضایی انتخاب کنند. کهکشان های بیضوی درخشان هستند، بنابراین ما می توانیم آنها را در دوردست ها ببینیم، و معمولاً ستاره های قدیمی دارند. اگر بیشتر ستارگان یک کهکشان در یک زمان به دنیا بیایند، کهکشان با افزایش سن کم‌تر و قرمزتر می‌شود. در ابتدا به سرعت کم می شود زیرا درخشان ترین ستاره ها آبی هستند و دوام زیادی ندارند. سپس با توقف درخشش ستاره های کوچکتر، سرعت آن کاهش می یابد. یک راه ساده برای فکر کردن به زندگی یک کهکشان این است که یک انفجار بزرگ از ستاره سازی دارد. در میلیارد سال اول، تغییر بزرگی در نوع نوری که منتشر می‌کند، به خصوص از دست دادن نور آبی و فرابنفش رخ می‌دهد. پس از آن انفجار، مقدار نور قرمز و مادون قرمز بسیار کاهش می یابد، اما نور ماوراء بنفش یک دسته دیگر کاهش می یابد.

کنار هم قرار گرتن ستارگان

روشی که ستارگان در کنار هم قرار می گیرند، نحوه آزمایش چیزهای جهان را تغییر می دهد. دو دلیل اصلی برای دشوار بودن این کار وجود دارد:

• اول، وقتی به کهکشان هایی نگاه می کنیم که واقعاً دور هستند، درخشان تر و آبی تر به نظر می رسند. این به این دلیل است که آنها جوان تر هستند.
• دوم، وقتی کهکشان ها را اندازه گیری می کنیم، از طریق یک فیلتر مخصوص به آنها نگاه می کنیم. اما از آنجایی که کهکشان‌های دور از ما دور می‌شوند، نوری که از خود ساطع می‌کنند، کشیده می‌شود. این بدان معناست که ما بخش های مختلفی از طیف نور را می بینیم. برای مثال، فرض کنید به نوری با طول موج 500 نانومتر نگاه می کنیم. اما برای کهکشانی که دور است و در حال حرکت است، این نور در واقع ممکن است بیش از 170 نانومتر باشد.

بنابراین، اگر یک کهکشان جوان باشد، مانند 107 سال، انرژی زیادی در قسمت فرابنفش طیف منتشر می کند. اما اگر قدیمی باشد، مانند 109 سال، آنقدر انرژی در آنجا پخش نمی کند.