پرسش

چگالی بحرانی کیهان چیست؟

پاسخ

می توانیم انبساط عالم را با سنگی مقایسه کنیم که از سطح زمین به طرف بالا پرتاب می شود. اگر نیروی گرانش ماده موجود در عالم به اندازه کافی زیاد باشد، سرانجام زمانی انبساط عالم متوقف خواهد شد و انقباض اغاز می شود. چون نیروی گرانش متناسب با مقدار ماده افزایش می یابد، سرنوشت عالم به مقدار ماده ای بستگی دارد که در حال حاضر در عالم وجود دارد. اگر چگالی ماده بیش تر از مقدار بحرانی باشد، این جاذبه گرانشی در نهایت بر انبساط فعلی عالم غلبه خواهد کرد و انقباض عالم آغاز خواهد شد. اگر سرعت انبساط عالم را بدانیم می توانیم مقدار چگالی بحرانی مورد نیاز برای توقف انبساط را تخمین بزنیم. ثابت شده است برای آن که در نهایت عالم منقبض شود، باید چگالی ماده حدود 5 ضربدر 10 به توان 27- کیلوگرم بر متر مکعب یا بیشتر باشد. این چگالی را «چگالی بحرانی» عالم می نامند. اگر چگالی جهان از چگالی بحرانی بیشتر باشد، جهان، جهان بسته خواهد بود. اگر چگالی جهان از چگالی بحرانی كمتر باشد، جهان، جهان باز خواهد بود.
اکنون باید مقدار واقعی چگالی عالم را بدانیم. ایا مقدار آن بیشتر از چگالی بحرانی است، یا کمتر؟ آینده عالم به پاسخ این سوال بستگی دارد.
می توانیم به شرطی که تابش الکترومغناطیسی ماده به شکلهای نور مرئی، پرتوهای ایکس یا حتی امواج رادیویی باشد، تخمین نسبتاً خوبی از مقدار ماده موجود در کهکشانها، خوشه ها، و ... ارائه کنیم. مدلسازیهای نظری به همراه مشاهدات تلسکوپی که کل گستره طیف الکترومغناطیسی را پوشش می دهند، این امكان را به ما می دهند که مقدار ماده مرئی مو جود در عالم را تعیین کنیم.
ثابت شده است که سهم ماده مرئی در چگالی عالم کمتر از یک دهم چگالی بحرانی مورد نیاز برای توقف انبساط عالم است. بنابراین اگر همه ماده عالم مرئی باشد آن گاه عالم تا ابد انبساط خواهد یافت.
متاسفانه این همه داستان نیست. ثابت شده است که همه ماده عالم مرئی نیست! در واقع نزدیک به نود و پنج درصد ماده عالم «تاریک» است و هیچ تابش الکترومغناطیسی گسیل نمی کند. اگر این طور باشد با توجه به این که ماده تاریک بر دینامیک عالم حاکم است ضروری است که مقدار و نوع ماده تاریک موجود در عالم را تخمین بزنیم.
اما چگونه می توانیم مقدار ماده تاریک موجود در عالم را تخمین بزنیم. اخترشناسان برای اجرام مختلف از روشهای گوناگونی استفاده می کنند اما اساس همه آنها جستجوی اثرات گرانشی است. در تصویر زیر فرمول چگالی بحرانی را مشاهده می کنید
موفق باشید