قدرت و توانایی های مغز انسان که در طول میلیون‌ها سال تکامل شکل گرفته‌اند، همواره تضمین‌کننده‌ی بقای ما بوده‌اند؛ دانشمندان دانشگاهی در هلند در همین راستا، به بررسی یکی از این توانایی‌ها، یعنی قدرت پیش بینی آینده مشغول هستند.

گویا آی تی – قطعا برای شما هم تا به حال پیش آمده است که پیش از رخ دادن یک حادثه، در مغزتان تصویری واضح از پیامدهای احتمالی داشته باشید؛ بر اساس تحقیقاتی که اخیرا توسط پژوهشگران دانشگاه رَدبود (Radboud) در هلند انجام شده است، توانایی مغز انسان در پیش بینی آینده یا همان قدرت دیدن رویدادها با «چشم ذهن» که با نام‌های ”Mental Image” و “Preplay” هم شناخته می‌شود، سرعتی به مراتب بیشتر از سرعت روی دادن اتفاقات در واقعیت داشته و به گونه‌ای توانایی بینایی نسبتا کند ما را جبران می‌کند.
همه افراد به جز کسانی که مبتلا به بیماری آفَنتیزیا (Aphantasia) هستند و قدرت تصور و دیدن تصاویر ذهنی را ندارند، با قابلیت‌های کورتکس بینایی (Visual Cortex) در خلق تصاویری مجازی از پیامدهای احتمالی اتفاقات آشنا هستند. تا به امروز در فضای آکادمیک نیز، بیشترِ پژوهش های انجام شده در این زمینه بر روی حیوانات بوده است؛ اما پژوهشگران دانشگاه ردبود برای اولین بار با بهره گیری از اسکنر تصویرسازی تشدید مغناطیسی کارکردی (fMRI)، فعالیت‌های کورتکس بینایی ۲۹ دانشجوی داوطلب را در یک آزمایش بررسی نموده و به نتایج جالب توجهی دست پیدا کردند.

از این دانشجویان خواسته شده بود که انیمیشنی از یک نقطه‌ی سفید متحرک را به تعداد ۱۰۸ بار و در چند جلسه کوتاه‌، تماشا کنند. بعد از پایان جلسات، مغز این افراد به راحتی با حرکت نقطه در صفحه آشنا شده بود و انتظاراتی از رویدادهای انیمیشن و جابجایی نقطه از چپ به راست و بلعکس، که در مدت نیم ثانیه انجام می‌شد، به وجود آمده بود. در گام بعدی، دانشجویان ۲۴ فیلم از نقطه‌ی سفید موردنظر را در توالی‌های تصادفی مشاهده کردند؛ تعدادی از این ۲۴ فیلم مانند انیمیشن‌های قسمت قبل بوده، تعداد دیگری فقط حاوی تصاویری ثابت از قرارگیری نقطه در سمت چپ یا راست بودند و مابقی تاخیرهای کوچکی در حرکت نقطه داشند.
سرعت مغز در پیش بینی آینده، دو برابر سرعت واقعی اتفاقات اندازه‌گیری شد.
برای هر شرکت‌کننده کل آزمایش دو بار تکرار شد و فعالیت‌های مغزی چهار داوطلب هم به عنوان گروه شاهد، برای خنثی کردن اثرات باقیمانده بین آزمایشگاه‌ها، بررسی گردید. اسکندر fMRI هم در سرعت بسیار بالا، جریان خون بافت‌های مغزی شرکت‌کنندگان را ثبت می‌کرد. نتایج این آزمایش ها نشان دادند که در هنگام مشاهده‌ی حرکات نقطه‌ی سفید، بخش‌های خاصی از کورتکس بینایی فرد تحریک می‌شدند و با دیدن تصاویری از ثابت ماندن نقطه در صفحه، همان بخش‌های مغز فعال می‌شدند؛ به این معنا که مغز به صورت خودبه‌خود، توالی‌های حرکت نقطه را تصور می‌کرد. اما گفتنی است نکته بسیار جالب توجه اینجاست که سرعت تصور حرکت نقطه دو برابر سرعت حقیقی نقطه در فیلم‌ها بود.
اسکن fMRI مغز داوطلبان در تصاویر زیر، در هنگام تماشای تصاویر متحرک و ثابتِ نقطه‌ی سفید نشان داده شده‌اند و فعالیت کورتکس بینایی در حالت حرکت حقیقی و پیش بینی شده، با هم مقایسه شده‌اند.

متاسفانه دستگاه fMRI تنها می تواند به تصویربرداری در سرعت محدودی بپردازد، به همین دلیل سرعت توانایی مغز در پیش بینی آینده قابل اندازه‌گیری نمی باشد؛ اما نتایج به خوبی نشان می‌دهند که مغز انسان در تصور حرکات ساده‌ای مانند حرکت توپی که به سمت سر می‌آید، سرعت بالایی داشته و در نصف زمان لازم برای رخ دادن حادثه، قابلیت پیش بینی آینده را دارد.
پژوهش های پیشین ادعا می‌کردند که مغز انسان فقط با نگاه کردن به یک تصویر به مدت ۱۵۰ میلی‌ثانیه، قادر است اطلاعات کافی برای قضاوت در مورد سوژه‌ی بعدیِ توجه را جمع‌آوری نماید؛ اما در چند سال گذشته، مقاله‌ای در این باره منتشر شد که در آن، زمان انجام این کار را بسیار کمتر (در حدود ۱۳ میلی‌ثانیه) اعلام کرد. البته پردازش تصویری در این مدت زمان کوتاه، احتمال قضاوت غلط را بالا برده و انرژی زیادی را مصرف می‌کند؛ با این حال، سرعت پردازش شگفت‌انگیز مغز در پیش بینی آینده ، با تمام اشتباهات احتمالی‌اش، قادر خواهد بود در مواقع لزوم جان فرد را نجات دهد.

دانشمندان این احتمال را نیز مطرح می‌کنند که قابلیت پیش بینی آینده در طول تکامل انسان، برای افزایش سرعت عکس‌العمل به وجود آمده باشد. در همین رابطه مِتایاس اِکمن (Matthias Ekman)، پژوهشگر ارشد آزمایش انجام‌شده، به وبسایت MailOnline اعلام کرد :
تصور کنید که در هنگام عبور از خیابان، اتومبیلی در حال نزدیک شدن باشد؛ در این وضعیت، این پرسش در ذهنتان مطرح می‌شود که آیا باید به راه خود ادامه دهید و یا تا عبور خودرو از خیابان صبر کنید؟ پژوهش های ما نشان می‌دهد که سیستم تصور ذهنی قادر است مسیر حرکت اتومبیل را پیش بینی نموده و به تصمیم‌گیری شما کمک کند.
آزمایش صورت گرفته توسط اِکمن و همکارانش، افزون بر بررسی نقش کورتکس بینایی در درک رخدادهای جاری، نقش این قسمت از مغز را در استفاده از تجربیات گذشته برای ایجاد انتظاراتی از آینده، بررسی کرده‌ است؛ در مقاله‌ی چاپ‌شده از این آزمایش، این گونه گزارش شده است :
فرایندهای مربوط به پیش بینی آینده که در سیستم بینایی روی می دهند، مرز بین حافظه و ادراک را کمرنگ کرده و اهمیت طبیعتِ یکپارچه‌ی این دو قوه‌ی شناختی را افزایش می‌دهند.
گرچه بهتر است نتایج حاصل ‌شده در مورد رابطه‌ی افزایش جریان خون در بعضی بخش‌های مغز و نقش این قسمت‌ها در وظایف شناختی را با اطمینان صد درصد قبول نکنیم؛ به ویژه در حالتی که هنوز پرسش هایی در مورد میزان ارتباط متابولیسم و فعالیت‌های عصبی بی‌جواب باقی مانده‌اند. با این وجود می‌توان با اطمینان گفت که تحقیقات انجام‌شده در دانشگاه رَدبود، به سهم خود شگفتی‌های مغز انسان را روشن‌تر کرد و جامعه را با یکی دیگر از قابلیت‌هایی که بقای انسان‌ها را تضمین کرده‌اند، آشناتر نمود.

پژوهشگران آمریکایی برای نخستین بار موفق شدند لحظه تبدیل نور به انرژی را در سلول‌های خورشیدی مشاهده کنند.

گویا آی تی – به نقل از فیز، پژوهشگران آزمایشگاه “آمس”(Ames) که زیر نظر وزارت انرژی آمریکاست، موفق شدند لحظه تبدیل شدن نور به انرژی در سلول‌های خورشیدی را که تنها یک تریلیونم ثانیه به طول می انجامد، مشاهده نمایند.
تولید الکترون‌های آزاد و حفره‌های متناظر آنها قسمتی از فرآیندهای کلیدی در سلول‌های “فوتوولتائیک”( photovoltaic) می باشد که هنوز قسمت های زیادی از آن نیاز به مطالعه و پژوهش زیادی دارد.
پژوهشگران آزمایشگاه “آمس” با بهره گیری از طیف‌سنجی فرکانس پایین و استفاده از تکنولوژی فوق‌العاده نوین به نام ” اورگانومتالیکس” (Organometallics) موفق شدند از لحظه برخورد کردن ذرات نور به سلول خورشیدی و تبدیل‌ آنها به انرژی تصویربرداری نمایند.
“جیگانگ وانگ”(Jigang Wang) پژوهشگر ارشد این پروژه ابراز داشت: این دستگاه‌ها فوق‌العاده جدید و منحصربفرد هستند و قادر می باشند روند حرکت ذرات فوتونی نور را دنبال کنند اما هنوز قسمت‌هایی از روند تبدیل انرژی ناشناخته باقی مانده است.
همچنین وی افزود: در گیاهان نیز در فرایند طبیعی فتوسنتز روند مشابهی انجام می‌گیرد و اگر ما بتوانیم این روند را به خوبی درک کنیم قادر به کنترل آن نیز خواهیم بود.
برای مشاهده روند تبدیل نور به انرژی پژوهشگران افزون بر تجهیزات مدرن از محاسبات دقیق رایانه‌ای و دانش پژوهشگران خبره در این زمینه به همراه چندین نظریه و تئوری بهره برده‌اند.
در نشریه علمی Nature Communications نتایج این تحقیق منتشر شده است.

درک و فهم فعلی ما از جهان این طور می‌گوید که در حال حاضر دنیای پیرامون ما توسط چهار نیروی بنیادی کنترل و هدایت می‌شود: جاذبه، الکترومغناطیس، نیروی هسته‌ای قوی و نیروی هسته‌ای ضعیف.

گویا آی تی – اما نشانه‌های نیروی پنجم طبیعت دیده شد و در صورت اثبات چنین نیرویی، نه تنها موفق به پر کردن نواقص نظریه‌ی نسبیت عمومی انیشتین خواهیم شد بلکه در مورد ادراک‌مان از چگونگی عملکرد جهان باید تجدیدنظر کنیم. حال فیزیکدانان موفق به پیدا کردن راهی برای امتحان کردن این نیروی اسرارآمیز شده‌اند.
مدل استاندارد فیزیک با استفاده از این چهار نیروی طبیعت ارائه شده و ما از این مدل برای توضیح و پیش‌بینی رفتار ذرات و ماده در جهان استفاده می‌کنیم.
در یک سمت دو نیروی هسته‌ای قرار گرفته‌اند؛ نیروی هسته‌ای قوی، هسته‌های اتمی را در کنار یکدیگر نگه داشته و نیروی هسته‌ای ضعیف امکان واپاشی رادیواکتیو را برای بعضی از اتم‌های خاص فراهم می‌کند.

در سمت دیگر نیروی جاذبه و الکترومغناطیس قرار گرفته‌اند؛ نیروی الکترومغناطیس مولکول‌هایمان را کنار یکدیگر نگه می‌دارد و نیروی جاذبه هم از عدم فروپاشی کل کهکشان و سیارات اطمینان حاصل می‌‌کند.
همه چیز کاملا عالی و معقول به نظر می‌رسد اما یک مشکل وجود دارد: از هر طرف که نگاه کنید جاذبه عجیب‌ترین عضو در این گروه بسیار مهم است.
به این دلیل که جاذبه آخرین گزینه‌ از چهار نیروی اساسی است که انسان‌ها هنوز دانش لازم برای تولید و کنترل آن را ندارند.
همچنین به نظر می‌رسد که جاذبه در توضیح همه‌ی چیزهایی که در برابر آنها پاسخگوست هم عاجز است؛ مطالعات نشان داده‌اند حجم جاذبه در دنیا آن چنان زیاد است که امکان تولید آن با به‌کارگیری تمام مواد قابل مشاهده به هیچ عنوان میسر نیست.
پدیده‌ای که ما برای توضیح این شکاف از آن استفاده می‌کنیم، ماده‌ی تاریک است؛ البته ماده‌ی تاریک تا کنون هیچ کمکی در روشن‌تر کردن زوایای مختلف این مساله نداشته چرا که حتی پیشرفته‌‌ترین ابزارهای موجود هنوز موفق به پیدا کردن آن نشده‌اند.
به لطف عدم توانایی ما در درک وجود ماده‌ی تاریک بعضی از فیزیکدانان قصد دارند وجود نیروی جاذبه به عنوان یکی از نیروهای اصلی را به طور کلی انکار کنند.
اما به جای کنار گذاشتن یکی از اساسی‌ترین نیروهای طبیعت به این امید که جهان بدون وجود آن منطقی‌تر به نظر می‌رسد، بهتر نیست نیروی پنجمی که موجب اتصال جاذبه به سایر نیروهاست را کشف کنیم؟

«آندره گز» مدیر دانشگاه کالیفرنیا در این رابطه توضیح می‌دهد: ”تئوری انیشتین جاذبه را به زیبایی تمام توضیح می‌دهد اما شواهد بسیار زیادی وجود دارد که نشان می‌دهد این تئوری دارای نواقصی نیز هست. وجود سیاه چاله‌های بسیار عظیم به ما می‌گوید که تئوری‌های فعلی ما درباره‌ی چگونگی عملکرد جهان در توضیح و تفسیر این که یک سیاه چاله چیست، ناقص‌اند.“
گز به همراه تیم‌اش به دنبال شکار این نیروی فرضی پنجم طبیعت هستند و معتقدند که بهترین نقطه برای جستجوی آن، مکانی در جهان است که تاثیر جاذبه در آن فوق‌العاده قدرتمند باشد زیرا تشخیص نشانه‌های یک پدیده‌ی خارجی بسیار ساده‌تر خواهد بود.
پژوهشگران با تجزیه و تحلیل تصاویر بسیار دقیق و واضح از قلب کهکشان راه‌ شیری که توسط تلسکوپ‌های قدرتمند Keck Observatory در هاوایی ثبت شده‌اند قادر به بررسی مدارهای ستارگان نزدیک به سیاه چاله‌های عظیم کهکشان ما هستند.
پژوهشگران با بررسی این مسیرها قادر به اندازه‌گیری تاثیر مستقیم جاذبه روی حرکات ستارگان هستند و نهایتا می‌توانند پرده از این مساله بردارند که آیا خبر دیگری هست یا خیر.
گز اضافه می‌کند: ”این کار بسیار هیجان‌ انگیز است. کار ما در زمینه‌ی مطالعه‌ی ستاره‌ها در مرکز کهکشان‌مان باعث شده شیوه‌ای جدید برای مشاهده‌ی عملکرد جاذبه ایجاد شود. با مشاهده‌ی حرکات ستارگان در طی ۲۰ سال که با استفاده از دقیق‌ترین ابزارهای موجود توسط تلسکوپ‌های Keck Observatory گردآوری شده‌اند می‌توان نحوه‌ی عملکرد جاذبه را بهتر متوجه شد.“

این تیم نگاه ویژه‌ای به اتفاقی دارد که انتظار می‌رود سال آینده رخ دهد؛ زمانی که ستاره‌ای به نام S0-2 نزدیک‌ترین فاصله‌ی ممکن را با سیاه چاله‌ی عظیم کهکشان ما پیدا خواهد کرد و با بیشترین نیروی جاذبه‌ی ممکن به سمت آن کشیده خواهد شد.
اگر هر گونه انحرافی از آن چه نظریه نسبیت عام پیش‌بینی می‌کند رخ دهد، این بهترین زمان برای مشاهده و تشخیص آن است.
اگر جاذبه با چیزی غیر از تئوری نسبت عموم انیشتین هدایت شود باید شاهد انحرافاتی در مسیرهای چرخش ستاره‌ها باشیم.
این اولین باری نیست که فیزیکدانان جستجو برای پیدا کردن نیروی پنجم طبیعت را آغاز کرده‌اند؛ سال گذشته یک تیم دیگر موفق به تشخیص نشانه‌هایی از تاثیر این نیروی مرموز در اثر انرژی آن چه به نظر می‌رید یک ذره‌ی درون اتمی باشد، شده بود. اگر وجود چنین پدیده‌ای اثبات شود، انقلابی عظیم در دنیای فیزیک رخ خواهد داد.
«جاناتان فنگ» عضو هیات علمی دانشگاه کالیفرنیا و رهبر پروژه‌ی مذکور می‌گوید: ”اگر این مساله با آزمایش‌های بیشتر ثابت شود، کشف نیروی پنجم طبیعت شاید فهم کلی ما از جهان را به طور کلی تغییر داده و تاثیر مثبتی روی حل مساله‌ی یگانگی نیروهای طبیعت و ماده‌ی تاریک خواهد داشت.“
هنوز راه بسیار درازی تا کشف قطعی وجود این نیرو داریم اما با به کارگیری این تکنیک جدید، دانشمندان برای اولین بار موفق به مشاهده‌ی این نیروی مرموز در میدان جاذبه‌ای که قدرتی معادل قدرت ایجاد شده توسط سیاه‌ چاله عظیم دارد، خواهند بود.
و حتی اگر در قلب کهکشان‌ موفق به نیروی دیگر طبیعت نشویم اما در عوض درک و فهم بهتری از نیروی جاذبه پیدا خواهیم کرد؛ چیزی که مدل استاندارد دنیای فیزیک به شدت نیازمند آن است.
گز در پایان به نکته‌ی جالبی اشاره می‌کند: ”انجام چنین کاری بسیار هیجان‌انگیز است چرا که ما می‌توانیم این سوال بنیادی را مطرح کنیم که: جاذبه چگونه عمل می‌کند؟“

تحقیقات جدید در مورد کشف پدیده ای عجیب به نام نیروی جسم سیاه، نشان می دهد که تأثیر تشعشعات روی ذرات اطراف اجسام بزرگ را می توان با فضایی پیرامون آن ها، تشدید کرد.
این نتیجه می تواند نحوه مدلسازی ما از شکل گیری ستاره ها و سیارات را تغییر داده، و حتی به ما کمک کند تا در نهایت، یک شکل نظری از تشعشع را در نظر بگیریم که اجازه می دهد حفرات سیاه، ناپدید شوند.

گویا آی تی – در سال ۲۰۱۳، فیزیکدان ها، اعلام کردند که تشعشعات منتشر شده از اشیائی با عنوان “جسم‌های سیاه” نه تنها می توانند برخی ذرات کوچک را از سر راه بردارند، بلکه قادرند آن ها را به سمت خود جذب کنند. علاوه بر این، برای اشیائی که تنها جرم بسیار کوچکی داشته باشند و به اندازه کافی داغ باشند، نیروی کشنده می تواند از جاذبه گرانشی نیز قوی تر باشد.
اگر تا به حال عنوان جسم سیاه به گوشتان نخورده است، می توان گفت که جسم سیاه، به هر جسم کدری گفته می شود که نور مرئی را جذب کرده، اما آن را منعکس نمی کند و یا از خود عبور نمی دهد.

از دیدگاه تخصصی، عنوان جسم سیاه، به صورت تئوریک، اشیاء کاملی را توصیف می کند که نمی توانند هیچ نوری را بازتاب کنند. برای نمونه های فیزیکی از این اجسام، می توان به مواد نانوتیوب های کربنی اشاره کرد که برای ساخت روکش های VantaBlack عجیب و غریب به کار می رفتند.
اشتباه است اگر تصور کنیم که همه اجسام سیاه رنگ، در واقعیت سیاه هستند (نور را بازتاب نمی کنند)، چرا که این اجسام نیز، با حرکات ذرات خود، نور را منعکس می کنند، و همین ویژگی می تواند به توصیف خصوصیات گرمایی یک شیء کمک کند.
چهار سال پیش، تیمی از محققان اتریشی، کشف کردند که نور بازتاب شده از یک جسم سیاه می تواند بر اتم های مجاور این شیء، تأثیرات جالبی بگذارد.
برای درک این اثرات، ابتدا باید بدانید که جذب فوتون ها توسط اتم ها و تغییراتی که این جذب، در تکانه آن ها ایجاد می کند، موجب می شود که اتم ها حرکت کرده و جهت خود را تغییر دهند.
در شرایط مطلوب، اشیائی به بزرگی یک سلول نیز می توانند با تابش یک اشعه نور جابه جا شوند – پدیده ای که به عنوان یک فناوری در انبرک های نوری مورد استفاده قرار می گیرد.
حدود یک قرن است که فیزیک دانان مطلع هستند تشعشعات الکترو مغناطیس می تواند خصوصیات اتم های اطراف را، به وسیله اثر استارک، تغییر دهند. این پدیده، موقعیت الکترون ها را طوری تغییر می دهد تا در وضعیتی با انرژی کمتر قرار بگیرند. دلیل این تغییرات، افزایش دادن احتمال حرکت آن ها به بخش های روشن یک پرتو نور است.
محققان اتریشی با انجام محاسبات ریاضی، نشان داده اند که چگونه تابش گرما می تواند موجب شود که نه تنها نور ذرات را به اطراف براند، بلکه به دلیل وقوع اثر اشتارک، می توان با نور این ذرات را به سمت یک شئ جذب کرد.

Matthias Sonnleitner پژوهشگر ارشد در دانشگاه اینسبراک، در سال ۲۰۱۳، در مصاحبه با سایت Phy.org چنین گفته است:” فعل و انفعالات بین این دو نیرو – یعنی یک نیروی جاذبه تفاضلی در مقابل یک نیروی تابشی دافعه، به طور معمول در آزمایشگاه های نوری کوانتوم در نظر گرفته می شوند، اما هیچ گاه به این توجه نشده بود که این تعاملات با حضور منابع نورهای حرارتی نیز وجود خواهند داشت.”
در حالی که این نیرو بسیار ضعیف است، دانشمندان نشان داده اند که مقدار نیروی خالص جاذبه در اثر تابش نور برای اجسام بسیار کوچک ( ذراتی که کوچک تر از یک ذره غبار هستند) و داغ، می تواند در واقع، بزرگتر از نیروی گرانشی ایجاد شده توسط آن ها باشد.
Sonnleitner گفته است:” ذرات بسیار کوچک با ابعادی ریزتر از یک میکرون، نقش بسیار مهمی را در تشکیل سیاره ها و ستاره ها یا علم شیمی فضایی دارند.”
او هم چنین افزوده بود.: ” ظاهرا، پرسش های بی پاسخ بسیاری در مورد این وجود دارد که این ذرات چگونه با گاز هیدروژن موجود در اطراف یا با خود، در تعامل هستند. در حال حاضر، ما جست و جوهای خود ادامه می دهیم تا ببینیم این نیروی جاذبه اضافه، چگونه بر دینامیک اتم ها و ذرات اثر می گذارد.”
پس از فعالیت های Sonnleitner و همکارانش، تیم دیگری از فیزیکدان ها، تا زمان حال، به این تحقیقات ادامه داده و به بررسی تأثیرات شکل جسم سیاه و هم چنین اثرات آن بر انحنای فضا – زمان و بر این جاذبه و دافعه نوری می پردازند.

اگر بخواهیم دقیق تر توضیح دهیم، آن ها انحنای فضا – یا توپولوژی آن – را در اطراف یک جسم سیاه کره ای یا استوانه ای محاسبه کرده اند و مشخص کردند که این ختلاف ها می تواند بر نیروی های تابشی جسم سیاه اثر گذار باشد.
آن ها دریافتند که انحنای جسم سیاه کره ای و توپولوژی فضای اطراف آن، تأثیر تشدید کننده ای بر نیروی جاذبه ای دارند که در اثر گرانش و زاویه برخورد پوتوها با ذرات به وجود آمده است.
اما این حالت برای جسم استوانه ای، در سطح تخت جانبی و فضای اطراف آن، برقرار نبوده و تأثیر جسم سیاه تشدید نشده بود.
در حالی که این تأثیر در آزمایشگاه، و یا حتی برای اشیائی به اندازه خورشید، قابل تشخیص نیست، برای اجسام سیاه عظیم مانند ستاره های نوترونی یا اشکال عجیب تری از علم انحنای فضا، می تواند تفاوتی قابل توجه ایجاد کند.
Celio Muniz، یکی از محققان ارشد در دانشگاه ایلات Ceara در برزیل، به سایت Phy.org اینگونه توضیح داده است: “ما تصور می کنیم که تشدید شدن نیروی جسم سیاه، به دلیل منابع فوق متراکم، می تواند تأثیر شگرفی بر پدیده های مربوط به آن بگذارد، پدیده هایی مانند انتشار ذرات بسیار پر انرژی، و تشکیل قرص های برافزایشی در اطراف سیاه چاله ها.”
تیم تحقیقاتی، یافته های گذشته را بر مفهومی با عنوان Global Monopole اعمال کردند – یک نقطه تئوریک مشابه یک شار الکتریکی، که بر شکل فضای اطراف بدون گرانش و یک انحنای دیگر از فضا با عنوان رشته کیهانی اثر می گذارد.
مونیز معتقد است: ” این کار نیروی جسم سیاه را که در سال ۲۰۱۳ کشف شده است، به شکل گسترده تری در نظر می گیرد، که شامل منابع گرانشی بسیار قدرتمند و اشیاء عجیب و غریب دیگر، نظیر رشته های کیهانی و هم چنین ذرات دیگری می شود که در مواد متراکم نیز یافت می شوند.”

سیگنالهای رادیویی مرموزی که از فضا به زمین می آیند، در همه جهات انتشار یافته اند و منبع آنها هنوز ناشناخته است. انفجارهای رادیویی سریع (FRB) که بسیار روشن و کم عمر هستند، دانشمندان را متحیر کرده اند.

گویا آی تی – ممکن است تلسکوپ رادیویی “آرایه کیلومتر مربعی استرالیایی پت فایندر (ASKAP)”پاسخ هایی برای سوالات آنها پیدا کند. سایت New Atlas با کیت بانیستر، یکی از ستاره شناسی که روی این پروژه کار می کند، در مورد آنچه در پس این سیگنالهای عجیب قرار دارد و اینکه چطور می توان از آنها رمزگشایی کرد، به صحبت نشسته است.
یکی از اهداف اصلی ASKAP، که در بخش جداگانه ای از غرب استرالیا و دور از تداخل های رادیویی شهرها قرار گرفته، مطالعه FRB است. این تلسکوپ اولین FRB ی خود را فقط چهار روز بعد از آغاز جستجوهایش، یعنی در ژانویه سال جاری، پیدا کرد. این سیگنال که FRB170107 نام گرفت، از صورت فلکی لئو (Leo) نشات گرفته بود و حدود شش میلیارد سال نوری مسافت را طی کرده بود تا به ما رسید.

انفجار رادیویی سریع چیست؟
بانیستر به ما گفت: “دانشمندان در نام گذاری چیزهای مختلف زیاد هم با دقت عمل نمی کنند: آنها سریع هستند، آنها رادیویی هستند، و آنها انفجاری هستند. وقتی می گوییم آنها رادیویی هستند، یعنی آنها را با تلسکوپ های رادیویی که شبیه یک بشقاب ماهواره بزرگ هستند، شناسایی می کنیم. و وقتی می گوییم آنها سریع هستند، واقعا هم سریع اند. کافیست یک لحظه غفلت کنید! در مدت کمتر از یک میلی ثانیه رد می شوند و می روند. و آنها انفجاری هستند. یعنی به یکباره رخ می دهند و اولین باری که آنها را ببینید، مصادف با آخرین بار خواهد بود”.
اولین FRB در سال ۲۰۰۷ شناسایی شد. در آن زمان دانشمندان در میان اطلاعات آرشیوی که سال ۲۰۰۱ به دست آورده بودند ، به یک انفجار کوتاه و تیز رسیدند که نمی توانستند آن را توضیح دهند. در طی چند سال بعد، دلیل وجود اکثر ناهنجاری هایی که در آن اطلاعات آرشیوی مشاهده می شد، کشف گردید. اما پدیده انفجارهای رادیویی سریع تا سال ۲۰۱۵ به صورت زنده مشاهده نشد. به طور کلی، کمتر از ۳۰ مورد از این سیگنالها، تاکنون شناسایی شده اند.

چه چیزی آنها را به وجود آورده است؟
به طور کلی، ستاره شناسان در این مورد مطمئن نیستند که چه چیزی این سیگنال ها را به وجود آورده است، اما به نظر می رسد رایج ترین منبع هایی که برای آنها پیشنهاد شده، تپ اخترها و مگنتارها بوده اند. این دو نوع ستاره نوترونی، میدان های مغناطیسی بسیار بزرگی دارند و انفجارهای رادیویی مشابهی تولید می کنند، اما تفاوت بین آنها در آنجاست که خودشان را تکرار می کنند. برخی از این تکرار ها مثل ساعت منظم کار می کنند، در حالی که سایر آنها الگوهای غیرقابل پیش بینی دارند. البته در هر صورت معمولا بیش از یک بار رخ می دهند. از طرف دیگر، FRB، عمدتا رویدادهایی هستند که فقط یک بار رخ می دهند، و همین باعث شده دانشمندان نتوانند منشا آنها را بیابند.
بانیستر می گوید: “تعداد نظریه هایی که در این مورد وجود دارد، بیشتر از تعداد انفجارهاست!. طیف منشاهای تصور شده برای این انفجار ها تقریبا همه چیز را در بر می گیرد، از نسخه های بزرگ شده ی آنچه ما در کهکشان خودمان دیده ایم، مانند یک تپ اختر یا یک مگنتار، تا چیزهایی که بسیار عجیب و غریب تر هستند: بعضی ها می گویند این سیگنال ها از تمدن های بیگانه ای به ما رسیده اند و گویا آنها به تازگی کاوش در کهکشان خود را آغاز کرده اند”.

این ایده های عجیب هم به توضیح رموز فضا کمک می کنند، اما اجماع نظر عمومی دانشمندان روی ایده ای است که بسیار پیش پا افتاده تر از این حرفهاست.
بانیستر می گوید: “در واقع جامعه علمی معتقد است هنوز هیچ چیز مشخص نیست. اما افرادی که نظریه های محافظه کارانه تری ارائه می دهند، می گویند شاید بتوان با استفاده از ستاره های نوترونی کارهایی انجام داد. یعنی یک تپ اختر را به عنوان یک ستاره نوترونی با یک میدان مغناطیسی عظیم در نظر بگیرید. سپس یک مگنتار را به عنوان یک ستاره نوترونی با میدان مغناطیسی بزرگتر از آن ببینید. به این ترتیب اگر بتوانید یک ستاره نوترونی پیدا کنید که میدان مغناطیسی بزرگتری داشته باشد، می توانید آن را تولید کننده یک FRB بدانید. به نظر من این گزینه از همه بهتر است، اما دانشمندان هیچ رشته ای نتوانسته اند آن را به طور کامل تبیین کنند”.

ستاره شناسان چگونه می توانند این معما را حل کنند؟
اولین گامهایی که به سمت پاسخ به سوال چیستی FRB ها برداشته می شود، پیدا کردن تعداد بیشتری از آنهاست. هر چه داده های بیشتری در اختیار داشته باشیم، تصویری که از آنها می سازیم واضح تر می شوند، و می توانیم آنها را سریع تر شناسایی کنیم. بعد تلسکوپ های بیشتری را به گونه ای تنظیم می کنیم که به آن قسمت معین از آسمان نگاه کنند، تا ببینند چه تعداد نقطه منشا برای این انفجارهای رادیویی سریع در آنجا کمین کرده اند.
یک جهش بزرگ رو به جلو آن خواهد بود که بدانیم چه زمانی انفجار رادیویی سریع رخ می دهد تا بتوانیم به دقت محل وقوع آن در آسمان را نگاه کنیم. سپس می توانیم ببینیم آیا در آن نقطه کهکشانی وجود دارد یا خیر. پاسخ این سوال چیزهای زیادی به شما خواهد گفت. اگر مشخص شود که FRB از انواع خاصی از کهکشان ها می آید، آنگاه می توانیم از آنچه در مورد آن کهکشان ها می دانیم استفاده کنیم تا روی FRB ها بیشتر کار کنیم. بعد باز می گردیم و این کار را تکرار می کنیم. تصاویر نوری تهیه می کنیم، به دنبال انفجارهای پرتو گاما یا اشعه ایکس می گردیم. زمانی که پیدا کردن آنها را آغاز کنید، می توانید به عقب برگردید و به آن قسمت خاص از آسمان با انواع متفاوتی از تلسکوپ ها نگاه کنید و هر آنچه می توانید، ببینید”.
در همین راستا، هر چه FRB های بیشتری مورد مطالعه قرار بگیرند، احتمالش بیشتر است که یک FRB درخشان و واضح مشاهده شود.
بانیستر می گوید: “وقتی به این انفجارها نگاه می کنید، هرگز نمی دانید که چه زمانی یکی از آنها بسیار غیرمعمول میشود. اگر این زمان را پیدا کنیم، قفل همه این رازها را باز می شود. پس همین که شواهد بیشتری جمع کنیم، از این لحاظ مفید خواهد بود که هم الان و هم در آینده، چیزی در آنها خواهیم یافت که واقعا عجیب و غریب است و واقعا کلید شناخت کل هم نوعانش خواهد بود”.

در واقع، این چیز عجیب و غریب مورد سوال ما، احتمالا تا همین لحظه هم کشف شده است. FRB121102 اولین نمونه ای بود که توسط تلسکوپ رادیویی آرسیبو در پورتوریکو پیدا شد و تاکنون، این تنها انفجار رادیویی سریع است که یک باره رخ داد است. این یافته ها، یا رازها را پیچیده تر می کنند، یا به حل آن کمک می کنند؛ باید منتظر ماند و دید.
بانیستر می گوید: “این چیز عجیب و غریب متعلق به یک خانواده است. ما آن را تکرار کننده (Repeater) می نامیم، زیرا فقط یکی از آن وجود دارد. این موجود حتی از پدیده انفجار های رادیویی سریع نیز مرموز تر است. ما معتقدیم احتمالا آنها با هم در ارتباط اند ، اما نمی دانیم این ارتباط دقیقا چگونه است”.
FRB چه چیز دیگری می تواند به ما بیاموزد؟
در کنار همه هیجانی که مطالعه FRB دارد، می توان آن را یک نوع جدید از اجسام آسمانی دانست. این جسم آسمانی یک درک جدید از این گوشه کوچک جهان که در آن هستیم به دست خواهد داد. آنها پیش از آنکه به ما برسند، یک مسافت بسیار زیاد را طی می کنند و وقتی به اینجا می رسند، نشانه هایی از سفرهای خود به همراه دارند.
بانیستر می گوید: ”ویژگی اصلی انفجارهای رادیویی، که از تپ اخترها و انفجارهای رادیویی سریع ناشی می شوند، آن است که می توانیم آنچه “پراکندگی” نامیده می شود را در آنها اندازه بگیریم. امواج رادیویی که آن تپ اختر یا انفجار رادیویی سریع تولید کرده، با سرعت های متفاوتی در فضا به حرکت می آیند، و این به خاطر جرمی است که آن امواج رادیویی از آن به وجود آمده اند. وقتی آنها به تلسکوپ های ما می رسند، می بینیم که طول موج های کوتاه زودتر می رسند و طول موج های بلندتر حدود یک ثانیه بعد از آن می رسند، و همین تاخیر زمانی به ما می گوید که آن امواج چه مقدار ماده را از سر گذرانده اند”.

در این سیستم، وقتی ببینیم یک انفجار رادیویی سریع دارای یک پراکندگی بزرگی است، یعنی امواج رادیویی حاصل از آن از تعداد بسیار زیادی الکترون گذر کرده اند. ستاره شناسان می توانند این داده ها را با آنچه در مورد آن ناحیه از آسمان می دانند، مقایسه کنند. اگر تعداد زیادی کهکشان در آن راستا وجود نداشت، یعنی این سگنال از جایی در دوردست ها آمده است. وقتی یک انفجار رادیویی سریع رخ می دهد و خاموش می شود، مطالعه پراکندگی آن به دانشمندان می گوید که چه مقدار ماده در راستای خط دید آن انفجار وجود دارد، و با داشتن اطلاعات کافی، در نهایت یک نقشه سه بعدی از جهان به نحو احسن ساخته می شود”.
ASKAP چه کمکی می کند؟
ASKAP جستجوی FRB را در اولین هفته ماه ژانویه امسال آغاز کرد، و در مدت چهار روز، اولین سیگنال را دریافت نمود. از آن زمان به بعد، دو FRB دیگر هم شناسایی شد. شناسایی این دو مورد آخر فقط با هشت بشقاب از مجموع ۳۶ بشقابی که در سیستم قرار داده شده بود، انجام شد. آن بشقاب ها، هر کدام ۱۲ متر (۴۰ فوت) قطر داشتند و هر کدام رو به جهت هایی متفاوت اما نزدیک به هم داشتند ، و آرایه ای می ساختند که منطقه وسیعی را پوشش می داد؛ درست مثل یک چشم مگس!”.
بانیستر می گوید: “این سیستم، در آن واحد ۳۶ تکه مختلف آسمان را نگاه می کند. این افزایش در نقاط تحت نظر در آسمان، واقعا چشمگیر است، و باعث می شود در تعداد FRB هایی که می توانیم هر روزه پیدا کنیم، تفاوت زیادی به وجود آید”.
بقیه این بشقاب ها، در طی ۱۲ تا ۱۸ آینده وارد سیستم خواهند شد و هرگاه این اتفاق افتاد، تعداد FRB هایی که این سیستم شناسایی می کند، به شکل قابل توجهی افزایش خواهد یافت.

بانیستر می گوید: “من فکر می کنم در ۱۲ ماه آینده، شاهد اتفاقات بسیار هیجان انگیزی خواهیم بود. زیرا در آن زمان تعداد زیادی تلسکوپ مانند ASKAP وجود خواهد داشت که به تازگی کار خود را آغاز کرده اند و هر گاه واقعا وارد مسیر کاری خود شوند، اطلاعات جدید بسیار زیادی به دست خواهند داد”.
مقاله ای که اکتشافات تیم ASKAP را توصیف کرده، در مجموعه مقالات نشریه Astrophysical منتشر شده است.