کشف دورترین فورانگرهای گاما در فاصله بی‌سابقه بیش از 13 میلیارد سال نوری از زمین سبب شد اخترشناسان از این انفجارهای عظیم کیهانی برای آزمایش پیش‌بینی‌های نظریات نسبیت و کوانتوم درمورد پیوستگی فضازمان استفاده کنند.
دو گروه از اخترشناسان توانستند یک انفجار بزرگ را در دورترین مرزهای شناخته شده جهان کشف کنند. این فورانگرهای گاما هنگامی رخ می‌دهند که بعضی انواع خاص از ستارگان بزرگ به شدت منفجر می‌شوند. آخرین انفجار ثبت‌شده از این دست تقریبا 13.1 میلیارد سال پیش از این، حدود 630 میلیون سال بعد از انفجار بزرگ رخ داد و تازه‌ترین انفجار از این دست بوده که تا کنون رویت شده است. رکورد قبلی متعلق به ستاره‌ای بوده که 825 میلیون سال بعد از انفجار بزرگ، منفجر شد.
.gif)
به گزارش واحد خبر مرکز مطالعات و پژوهش هاي فلکي ـ نجومي به نقل از سايت "nature.com" ، تلسکوپ فضایی سویفت ناسا این انفجار را که
GRB 090423 نام گذاری شده؛ در روز 23 آوریل / 2 اردیبهشت سال جاری مشاهده کرد. نیال تنویر از دانشگاه لیسستر در انگلستان که هدایت یکی از تلاش‌ها را برای مشخص کردن انفجار بر عهده داشت می‌گوید: "انفجارهای اشعه گاما نسبتا نادرند و تشخیص آنها کار سختی است".
این تلسکوپ به طور خودکار، اخبار را به زمین می‌فرستد؛ یا آن گونه که تنویر می‌گوید: "این ماهواره یک پیام متنی برای ما می‌فرستد". هنگامی که اخترشناسان پیامی را از سویفت دریافت می‌کنند، باید به سرعت تصمیم بگیرند که این انفجار را با تلسکوپ‌های زمینی هم تعقیب بکنند یا نه.
گروه تنویر از تلسکوپ‌های فروسرخ انگلستان (UKIRT) و 8 متری جمینی شمالی، هردو مستقر در هاوایی، استفاده کرد تا بتواند پس‌تاب‌های انفجار را در نور مریی و فروسرخ، در حدود 20 دقیقه بعد از این‌که اولین بار توسط سویفت مشاهده شد، رصد کند. انگلستان به‌دلیل طبیعت بادخیز خود نمی‌تواند میزبان رصدخانه‌های بزرگ باشد، چراکه وزش بادهای شدید می‌تواند تلسکوپ درحال فعالیت را از کار بیاندازد. تنویر می‌گوید: "وضع هوا در آن شب خیلی بد بود؛ پس تا فرا رسیدن شب در شیلی صبر کردیم و از راه دور، آرایه تلسکوپ خیلی بلند صحرای آتاکاما را هدایت کردیم تا پس‌تاب‌های انفجار را ببینیم".
همزمان، گروهی که توسط روبن سالواترا در انستیتوی ملی اخترفیزیک در مراته ایتالیا هدایت می‌شود، از تلسکوپ ملی گالیله در لاپالما در جزایر قناری استفاده کرد تا بتواند انفجار را رصد کند.
انفجار هیجان
هر دو گروه توانستند طیف نور دریافتی از این فورانگر گاما را اندازه گیری کنندبه نشانه‌ای مشابه برخوردند: نور پایین‌تر از یک طول‌موج مشخص در حال ناپدید شدن بود. سالواتوره می‌گوید: "ما دیدیم که نور فقط تا یک میکرومتر قابل رویت بود؛ و کمتر از آن هیچ نوری وجود نداشت". این قطع شدن ناشی از جذب نور توسط هیدروژن در فاصله بین جسم و زمین است که می‌توان از آن چنین نتیجه گرفت که نور حاصل از انفجار، راه خیلی زیادی را پیموده است.
گروه توانست از این مشاهدات برای اندازه گیری انتقال به سرخ این فورانگر استفاده کند. در این روش که انتقال دوپلری خوانده می‌شود، پرتوهای دریافتی جسمی که با سرعت دور می‌شود، طول‌موجی بلندتر از نور گسیل‌شده در منبع پیدا خواهند کرد و برعکس، پرتوهای دریافتی از منبع نورانی که به زمین نزدیک‌تر می‌شود، طول‌موجی کوتاه‌تر خواهد داشت. نور در زمانی که تا رسیدن به زمین طی می‌کند، کشیده‌تر می‌شود، به‌این دلیل که جهان هم در حال گسترش است. این کشیدگی سبب می‌شود که نور در انتهای سرخ طیف الکترومغناطیس ظاهر شود.
از سوی دیگر، ادوین هابل هفتاد سال پیش نشان داد که رابطه مستقیمی بین سرعت دورشدن اجرام کیهانی و فاصله‌شان از زمین وجود دارد: هر چه این انتقال به سرخ بیشتر باشد، فاصله بین زمین و منبع نور بیشتر است.
نور ساطع شده از GRB 090423 دارای انتقال به سرخ 8.2 بود! بدین‌معنی که این نور از زمانی آمده که دنیا نه مرتبه از ابعاد فعلی‌اش کوچک‌تر بود. قبل از این کشف، دورترین فورانگر گامای رویت شده در انتقال سرخ 6.7 واقع شده بود.
به گفته سالواترا، این فورانگر گاما نه تنها یک رکوردشکن است، بلکه کار انجام شده بر روی آن نیز نشان می‌دهد که اخترشناسان می‌توانند به طرز موثری از روی زمین، روزهای اولیه جهان را کاوش کنند. او می‌گوید: "ما از مدل‌های خود می‌دانیم که این نوع چیزها باید وجود داشته باشنند. عضویت در گروهی که توانست چنین موضوعی را کشف کند، خیلی هیجان‌انگیز است".
این کشف دیگر افراد جامعه اخترشناسان را نیز هیجان زده کرده است. ادیسون لیانگ، اخترفیزیک‌دان در دانشگاه رایس در هیوستون تگزاس می‌گوید: "این‌ها کشفیات چشمگیری هستند و پنجره جدید و بی‌سابقه‌ای را به روزهای ابتدای خلقت جهان می‌گشایند".
تنویر می‌افزاید: "ما اکنون در حال شروع تخمین زمانی هستیم که فکر می‌کنیم اولین کهکشان‌ها در آن شکل گرفته‌اند".
ولی پرتوهای گامای حاصل از این انفجار تنها به درد ثبت رکوردها و فرو نشاندن حس کنجکاوی اخترشناسان نمی‌خورند. شاید این پرتوها بتوانند به یافتن پاسخی برای یکی از بنیادی‌ترین سوالات فیزیک که در نگاه اول غیر قابل حل می‌آید نیز کمک کنند: کوانتوم یا نسبیت؟
مسابقه بین کهکشانی در زمان و مکان
اخترشناسان با الهام از فورانگرهای گاما، پیشنهاد داده‌اند با آزمایش انفجار پرانرژی مربوط به کهکشانی دور، ترکیب زمان و مکان را آزمایش کنند. این کار در بین تلاش‌های انجام شده برای آزمایش "نظریه همه چیز" بهترین آزمایشی است که تاکنون پیشنهاد شده است.
در حال حاضر، دو نظریه متفاوت بر دنیای فیزیک حکمرانی می‌کند؛ نسبیت عام، جاذبه و حرکت اجسام بزرگ مانند سیارات، ستارگان و کهکشان‌ها را تشریح می‌کند، در حالی‌که مکانیک کوانتوم رفتار ذرات بسیار ریز مانند اتم‌ها را در حوزه خود به‌دقت پیش‌بینی می‌کند.
هر دو نظریه در تشریح دنیاهای متناظر خود خیلی خوب عمل می‌کنند، ولی به طور ریاضی با هم جمع نمی‌شوند. مشکل همان‌قدر بنیادی است که خود نظریه‌ها: به گفته جیووانی آملینو کاملیا، که در دانشگاه Rome La Sapienza در ایتالیا بر روی مباحث فیزیک نظری تحقیق می‌کند، این دو نظریه، زمان و مکان را به گونه‌ای متفاوت از هم می‌بینند.
تفاوت این دو دنیا چیزی مانند تفاوت یک اقیانوس و یک ساحل است. نسبیت عام فضا- زمان را به صورت یک سیال پیوسته و پهناور می‌بیند، در حالی که مکانیک کوانتم به صورت مقدار بی‌نهایتی از دانه‌های مجزای شن به آن نگاه می‌کند. یک روایت کوانتومی از جاذبه، آن را به صورت دانه‌هایی از فضا- زمان تعریف می‌کند که اگر چنین چیزی وجود داشته باشد؛ باید بی‌نهیت کوچک و به ابعادی در حد 10-35 متر باشد. در چنین ابعادی، تشخیص آنها با تجهیزات موجود بر روی زمین غیرممکن است.
ولی پرتوهای گاما احتمالا می‌توانند تفاوت را بیان کنند. پرتوهای گاما پرانرژی‌ترین فوتون‌هایی هستند که از فضا به زمین وارد می‌شود.
انرژی‌های بالا با طول‌موج‌های کوتاه متناظر هستند، و طول‌موج بعضی از پرتوهای گاما به اندازه‌ای کم است که شاید آنها بتوانند بین فضا- زمان سیال و دانه شنی تمیز قایل شوند. اگر فضا- زمان دانه‌ای باشد، ممکن است که پرتوهای گامای با طول‌موج‌های کوتاه‌تر از روی دانه‌ها بلغزند و شاید این کار، سبب شود که آنها اندکی آهسته‌تر از پرتوهای گامای با طول‌موج بلندتر حرکت کنند. آملینو کاملیا می‌گوید: "چیزی که شما نیاز دارید، واقعا یک مسابقه است".
مسابقه فضایی
در این تحقیق که در هفته‌نامه نیچر به چاپ رسیده، آمده است که یک ماهواره مدارگرد پرتو گاما توانسته شاهد چنین مسابقه‌ای باشد. در روز 10 ماه می / اردیبهشت سال جاری، تلسکوپ فضایی پرتوی گامای فرمی توانست یک انفجار کوتاه پرتوی گاما را از کهکشانی در فاصله تقریبی 7 میلیارد سال نوری از زمین، مشاهده کند. این انفجار چندین ثانیه دوام آورد و پرتوهای گامای دارای کوتاه‌ترین طول‌موج، تقریبا 0.829 ثانیه بعد از دیده شدن اولین پرتوها به تلسکوپ رسیدند.
این تاخیر زیادی است، ولی به اعتقاد جاناتان گرانوت، از اعضای گروه تلسکوپ فرمی در دانشگاه هارتفوردشایر در انگلستان، آن‌قدر نیست که بتوان از آن به عنوان دلیلی بر صحت نظریه کوانتومی جاذبه استفاده کرد. به عبارت دیگر، در حال حاضر، فضا- زمان بیشتر سیال است تا دانه دانه.
گرانوت می‌گوید این‌که این مسابقه تنها به اثبات نظریه‌های موجود ختم شد، کمی ناامید شده است: "اگر ما می‌توانستیم چنین تاثیری را پیدا کنیم، این یافته ارزش یک جایزه نوبل را داشت. ولی هر آزمایشی از نظریه‌های پیچیده مربوط به جاذبه کوانتومی می‌تواند بی‌نهایت مفید باشد. فیزیک بنیادی خیلی از مشاهدات فاصله می‌گیرد. این حقیقت که ما می‌توانیم بعضی از مدل‌ها را به طور چشمگیری محدود کنیم، خیلی خوب است".
نتیجه آن به این معنی نیست که تلاش‌ها برای یکی کردن جاذبه با مکانیک کوانتوم غلط است. به گفته لی اسمولین، فیزیک‌دان نظری در Perimeter Institute در واترلوی انتاریو در کشور کانادا، هنوز خیلی از ویرایش‌های تحلیل کوانتومی از جاذبه وجود دارند که سرعت نور را در انفجارهای اخیر تغییر نمی‌دهند. او می‌گوید با این حال، این مقاله، "بهترین آزمایشی است که تا کنون در مورد یک نظریه عام در مورد فضا- زمان کوانتوم انجام گرفته است".
آزمایش‌ها و سنجش‌های بیشتر در سال‌های پیش رو می‌تواند نظریه‌پردازان را در تلاش‌های خود برای وارد کردن جاذبه در مکانیک کوانتوم یاری کند. آملینو کاملیا می‌گوید: "تحقیق بر روی ساختار فضا- زمان که برای جاذبه کوانتوم خیلی مهم است، تازه شروع شده است"