۳٫۲۱ هم‌جوشیِ خوشه‌ها – برخوردِ کهکشان‌ها

خانه ／ ۳ فصل سوم: کیهانِ کلان‌مقیاس

وقتی دو یا چند خوشهٔ کهکشانی از درونِ یک‌دیگر می‌گذرند و سپس ساختار خود را باز‌آرایی می‌کنند، فرایندِ هم‌جوشی رخ می‌دهد. این فصل، شاخص‌های رصدیِ اصلی و دشواری‌های تفسیر را خلاصه می‌کند و دو رویکرد را به‌صورت رودررو قرار می‌دهد. رویکرد نخست، فیزیکِ معاصر بر پایهٔ مدلِ لامبدا با مادهٔ تاریکِ سرد و نسبیتِ عام است. رویکرد دوم، نظریهٔ ریسه‌های انرژی است که گرانشِ تانسوریِ آماری و نویزِ پس‌زمینهٔ تانسوری را در مرکز می‌نشاند و از نگاشت‌های رصدی مانند انتقال به سرخِ مولفهٔ منبع و محیطِ مسیر بهره می‌گیرد.

برای تقریب ذهن، فیزیکِ معاصر گویی «بازیگرِ نادیدنی»‌ای به صحنه می‌افزاید که همان مادهٔ تاریک است. در برابرِ آن، نظریهٔ ریسه‌های انرژی «کفِ صحنه» را برجسته می‌کند؛ همان چشم‌اندازِ تانسوری که با رویدادها موج برمی‌دارد و مسیرِ نور و ماده را به‌شکلی آماری دگرگون می‌کند.

نخست رویکردهای کلّی

1. فیزیکِ معاصر بر پایهٔ لامبدا و نسبیتِ عام
   • وجودِ مولفه‌ای مادّیِ نادیدنی و کم‌برخورد را مفروض می‌گیرد که همان مادهٔ تاریک است.
   • هنگامِ هم‌جوشی، هاله‌های مادهٔ تاریک و کهکشان‌ها از هم می‌گذرند، امّا گازِ داغ با برخورد کند و داغ می‌شود؛ در نتیجه میانِ قله‌های جرم که از عدسی‌گری بازسازی می‌شود و قله‌های گاز در پرتوهای ایکس، جداییِ مکانی پدید می‌آید.
   • گرانش از نسبیتِ عام پیروی می‌کند و شبیه‌سازی‌های پیش‌رونده که مادهٔ تاریک و شاره‌های مغناطیسی را توأمان به‌کار می‌گیرند، می‌توانند سیگنال‌های چندطولی‌موج مانند پرتوهای ایکس، اثرِ حرارتیِ سونیایف–زلدوویچ، تابشِ رادیویی و عدسی‌گری را بازتولید کنند.
2. نظریهٔ ریسه‌های انرژی
   • کیهانِ آغازین و امروزین را در دریایِ انرژی می‌بیند که نقش‌برجستهٔ کشش و گرادیانِ کشش در آن، اثرهای گرانشیِ افزوده در مقیاس‌های بزرگ می‌آفریند و این اثرها با گرانشِ تانسوریِ آماری توصیف می‌شوند.
   • طیِ هم‌جوشی، شوک‌ها، برش و آشفتگی در مادهٔ دیدنی، پاسخِ گرانشِ تانسوریِ آماری را به‌صورت شرطی دگرگون می‌کند و نویزِ پس‌زمینهٔ تانسوری زمختیِ ناحیه‌های دور از تعادل را ثبت می‌کند.
   • برآوردِ انتقال به سرخ و فاصله از زمین می‌تواند سهم‌هایی از منبع و از مسیر در بر داشته باشد؛ این سهم‌ها به‌ترتیب با انتقال به سرخِ مولفهٔ منبع و محیطِ مسیر مدل می‌شوند و لزومی ندارد همه‌چیز فقط به هندسهٔ انبساطیِ کیهان نسبت داده شود.

دوم ردپاهای رصدی و آزمون‌های فشار برای مدل‌ها هشت موردِ متناظر

1. ناهم‌ترازیِ قلهٔ جرمِ عدسی و گازِ پرتو ایکس کافا–ایکس
   • وضعیت و پرسش در سامانه‌های گونهٔ گلوله، قله‌های جرم از عدسیِ ضعیف و قوی با قله‌های درخشندگی یا دمای پرتوهای ایکس هم‌مکان نیست و قلهٔ نورِ کهکشان‌ها به جرم نزدیک‌تر می‌نشیند. چرا ساختارِ گرانش‌محور از سیلانِ گازِ برخوردی چنین جدا می‌شود.
   • تفسیرِ فیزیکِ معاصر مادهٔ تاریک و کهکشان‌ها تقریباً بی‌برخورد می‌گذرند و گاز با برخورد داغ و عقب‌مانده می‌شود؛ با وجودِ مولفهٔ پرجرمِ کم‌برخورد، این جدایی طبیعی است.
   • تفسیرِ ریسه‌های انرژی تندیِ هم‌جوشی هستهٔ پاسخِ گرانشِ تانسوریِ آماری را در راستای محورِ هم‌جوشی با اثری از حافظه و درنگ نیرومند می‌کند؛ بنابراین در ناحیه‌های جدا از گاز، «پتانسیلِ آماری» ژرف‌تر می‌شود و ناهم‌ترازیِ منظّمِ کافا–ایکس پدید می‌آید.
   • آن‌چه باید آزموده شود پیوندِ یکنواختِ این ناهم‌ترازی با نماگرهای تندی مانند شدتِ شوک، گرادیانِ نمایهٔ طیفیِ رادیویی و پراکندگیِ چنددمایی در پرتوهای ایکس و نیز فرونشستنِ آن با یک زمان‌مقیاسِ ویژه پس از گذرِ هسته است.
2. قوس‌های ضربه‌ای و جوfrontهای سرد ساختارهای پرخشونت در گازِ داغ
   • وضعیت و پرسش نگاشت‌های پرتو ایکس پرش‌های تندِ دما و چگالی را به‌شکل قوس‌های ضربه‌ای و مرزهای تماسِ تیز را به‌شکل جوfrontهای سرد نشان می‌دهند. باید مکان، شدت و هندسه به‌صورت همزمان توضیح داده شود.
   • تفسیرِ فیزیکِ معاصر جنبشِ نسبی، انرژیِ جنبشی را به درونی بدل می‌کند و شوک می‌سازد؛ برش و پوششِ مغناطیسی جوfrontهای سرد را شکل می‌دهد و ریزفیزیکِ لزجت، رسانش و مهارِ مغناطیسی جزئیات را رقم می‌زند.
   • تفسیرِ ریسه‌های انرژی شوک و برش تنها گرم نمی‌کنند، بلکه نقشِ منبع را برای تقویتِ موضعیِ گرانشِ تانسوریِ آماری بازی می‌کنند و نویزِ پس‌زمینهٔ تانسوری زمختیِ ناحیه‌های نابرابرایستا را نگه می‌دارد؛ از این‌رو بردارِ نرمالِ شوک با محورهای اصلیِ بیضویِ عدسی هم‌راساتر می‌شود و نزدیکِ جوfrontهای سرد، گُوه‌های ژرفایشِ پتانسیلِ آماری پدیدار می‌گردد.
   • آن‌چه باید آزموده شود آمارِ هم‌راستاییِ نرمالِ شوک با هم‌خطوطِ عدسی و سنجشِ دفترِ انرژیِ گرمایی و ناگرمایی در راستای نرمالِ جوfront در برابرِ میزانِ تقویتِ گرانشِ تانسوریِ آماری است.
3. بازمانده‌های رادیویی و هاله‌های مرکزی پژواکِ ذراتِ ناگرمایی و میدان‌های مغناطیسی
   • وضعیت و پرسش در بسیاری از هم‌جوشی‌ها، بازمانده‌های رادیوییِ کمانیِ پُراستقطاب در پیرامون و هاله‌های پخشیده در مرکز دیده می‌شود. چرا بازمانده‌ها با شوک‌ها هم‌جا می‌شوند و بازدهِ شتاب‌دهی از کجاست.
   • تفسیرِ فیزیکِ معاصر شوک و آشفتگی، الکترون‌ها را درجهٔ نخست یا دوم شتاب می‌دهند و میدان‌های مغناطیسی کشیده و نیرومند می‌شوند؛ بازمانده‌ها مرزِ شوک را دنبال می‌کنند و هالهٔ مرکزی با آشفتگی هم‌بسته است.
   • تفسیرِ ریسه‌های انرژی نویزِ پس‌زمینهٔ تانسوری ریزجنبش‌های دارای دُمِ ناگاوسی فراهم می‌کند و آستانهٔ بازشتاب را پایین می‌آورد؛ گرانشِ تانسوریِ آماری نیز منطقه‌های تند را پُروزن می‌کند، پس کشیدگیِ بازمانده‌ها در امتدادِ محورِ اصلیِ عدسی محتمل‌تر است.
   • آن‌چه باید آزموده شود توزیعِ هم‌بستهٔ مکان و زاویهٔ قطبشِ بازمانده نسبت به محورِ عدسی و پیش‌بینی‌پذیریِ گرادیانِ نمایهٔ طیف از روی نماگرهای تندی و میزانِ تقویتِ گرانشِ تانسوریِ آماری است.
4. ریخت‌شناسی دوژیهان، کشیدگی، زاویهٔ پیچش و چندقطبی‌ها
   • وضعیت و پرسش میدان‌های همگرایی و برش، دو قله یا کشیدگی هم‌راستا با محورِ هم‌جوشی نشان می‌دهند و می‌توان بیضویت، زاویهٔ پیچش و مولفه‌های چندقطبیِ مرتبهٔ بالا را اندازه گرفت؛ این ریزهندسه‌ها به شکلِ هستهٔ مدل حساس‌اند.
   • تفسیرِ فیزیکِ معاصر ریخت از هم‌نهیِ دو هالهٔ مادهٔ تاریک برمی‌آید و جای‌گیریِ نسبی، نسبتِ جرم و زاویهٔ خطِ دید قیودِ قوی می‌دهند.
   • تفسیرِ ریسه‌های انرژی هسته‌های ناهمسان‌گردِ گرانشِ تانسوریِ آماری در راستای محورِ هم‌جوشی «سخت‌تر»‌اند و می‌توانند بیضویت، پیچش و نسبتِ توانِ مولفه‌های ۲ و ۴ را هم‌زمان توضیح دهند.
   • آن‌چه باید آزموده شود بازاستفاده از همان پارامترهای هسته در سامانه‌های گوناگون و سنجشِ پایداریِ سه‌گانهٔ بیضویت، پیچش و نسبتِ چندقطبی‌ها است.
5. سرعت‌های دوژیهانِ کهکشان‌های عضو و اثرِ جنبشیِ سونیایف–زلدوویچ کلیدِ تعیینِ فاز
   • وضعیت و پرسش توزیعِ انتقال به سرخِ اعضا اغلب دو قله دارد و نشان از کشمکشِ دوگانه می‌دهد؛ اگر اثرِ جنبشیِ سونیایف–زلدوویچ دیده شود، جریانِ توده‌ای بر خطِ دید آشکار می‌شود. چالش، تعیینِ فاز است که پیش از عبور بوده یا پس از آن یا گذرِ مماسی یا بازگشت.
   • تفسیرِ فیزیکِ معاصر توزیعِ سرعت با ریختِ عدسی و پرتو ایکس و جایِ شوک ترکیب و با قالب‌های عددی سنجیده می‌شود تا فاز برآورد گردد.
   • تفسیرِ ریسه‌های انرژی با هندسهٔ یکسان، حافظه و درنگ، خط‌کشِ دومی فراهم می‌کند؛ اندکی پس از عبورِ هسته انتظار می‌رود ناهم‌ترازیِ کافا–ایکس بزرگ‌تر باشد و سپس با زمان‌مقیاسی ثابت به خطِ پایه بازگردد.
   • آن‌چه باید آزموده شود در جامعه‌ای از نمونه‌ها، رسمِ فاصلهٔ دو قلهٔ سرعت به‌همراهِ جایِ شوک روی محورِ افقی و جست‌وجوی مسیرِ آرامشِ فشرده با زمان‌مقیاسِ مشترک برای ناهم‌ترازیِ کافا–ایکس است.
6. بستنِ دفترِ انرژی از جنبشی به گرمایی و ناگرمایی آیا حساب‌ها می‌خواند
   • وضعیت و پرسش در حالتِ ایده‌آل، کاهشِ انرژیِ جنبشیِ هم‌جوشی باید در کانال‌های گرمایی مانند پرتو ایکس و اثرِ حرارتیِ سونیایف–زلدوویچ و در کانال‌های ناگرماییِ رادیویی دیده شود، امّا در برخی سامانه‌ها برآوردِ بازده و شکافِ انرژی ناسازگار است.
   • تفسیرِ فیزیکِ معاصر اختلاف‌ها به ریزفیزیک مانند لزجت، رسانش، مهارِ مغناطیسی و نابرابریِ الکترون–یون و نیز به اثرهای تصویری نسبت داده می‌شود.
   • تفسیرِ ریسه‌های انرژی این بنود را دانسته‌های پیشین می‌گیرد و هستهٔ گرانشِ تانسوریِ آماری را به قیودِ صریحِ پایستگی مقیّد می‌کند؛ نمونه‌اش تثبیتِ پرش‌های انرژی روی راستای نرمالِ شوک. اگر تنها برای «بلعیدنِ» شکاف به آزادی‌های بیش‌تر نیاز باشد، مدل بسنده نیست.
   • آن‌چه باید آزموده شود دفتری یکپارچه در همان سامانه که توانِ گرمایی از پرتو ایکس و اثرِ حرارتیِ سونیایف–زلدوویچ را با توانِ ناگرماییِ رادیویی مقابله می‌کند و سپس می‌سنجد آیا با دگرگونیِ پارامترهای هسته، بستنِ دفتر به‌هم می‌ریزد یا نه.
7. تصویرشدگی و گشودنِ گنگی‌های هندسی دامِ آن‌چه دو قله می‌نماید
   • وضعیت و پرسش نمودِ رصدی به زاویهٔ دید و پارامترِ برخورد سخت وابسته است؛ قله‌ای ممکن است دوگانه به‌نظر برسد یا ناهم‌ترازی بزرگ‌نما یا کوچک‌نما شود. آمیختنِ چندروش به کار می‌آید، هرچند همیشه ساده نیست.
   • تفسیرِ فیزیکِ معاصر میدانِ برشِ عدسی، پروفیل‌های پرتو ایکس و اثرِ حرارتیِ سونیایف–زلدوویچ و جنبشِ اعضا را می‌آمیزد و با آمارِ جامعه‌های بزرگ، گنگی‌ها را می‌شکند.
   • تفسیرِ ریسه‌های انرژی مدل‌سازیِ پیش‌رونده و موازی را در همان لایهٔ رصدی به‌کار می‌گیرد؛ بدونِ وارون‌سازیِ برش به نقشهٔ جرمِ ثابت. دو خطّ موازی اجرا می‌شود، یکی با مادهٔ تاریک و نسبیتِ عام و دیگری با نظریهٔ ریسه‌های انرژی بر پایهٔ گرانشِ تانسوریِ آماری و نویزِ پس‌زمینهٔ تانسوری، زیرِ یک تابعِ برازندگیِ یگانه؛ سپس نقشه‌های پسماند و معیارهای اطلاعاتی سنجیده و بی‌آن‌که پیش‌داوری داده شود، مقایسه می‌شوند.
   • آن‌چه باید آزموده شود این است که آیا با پوششِ آسمانی و شمارِ پارامترِ یکسان، دو خط می‌توانند کفِ پسماند را تا سطحی هم‌سنگ پایین بیاورند یا نه.
8. بازآفرینی میانِ نمونه‌ها و سازگاری میانِ مقیاس‌ها
   • وضعیت و پرسش پیروزی در خوشهٔ گلوله الزاماً به سامانه‌های گونهٔ ال گوردو یا هندسه‌های دیگر تعمیم نمی‌یابد. نیز، تفسیرهای کم‌انتقال به سرخ باید با مقیاس‌های کیهانِ آغازین مانند تابشِ زمینهٔ کیهانی و نوسان‌های آکوستیکیِ باریونی سازگار باشد.
   • تفسیرِ فیزیکِ معاصر این‌جا نقطهٔ قوّت است؛ چارچوبِ یگانهٔ مادهٔ تاریک و گرانش از تابشِ زمینه به نوسان‌های آکوستیکی و سپس به ساختارِ بزرگ‌مقیاس و هم‌جوشی‌ها، همساز می‌ماند هرچند بر سرِ جزئیات گفتگو هست.
   • تفسیرِ ریسه‌های انرژی نویزِ پس‌زمینهٔ تانسوری را حاملِ «مقیاس»ِ آغازین می‌گیرد و پاسخ‌های دیرهنگام را به گرانشِ تانسوریِ آماری می‌سپارد، با این پیش‌انگاره که مقیاس از گذشته تا امروز جابه‌جا نشود؛ همچنین همان فرابارامترها در سامانه‌های چندگانه بازبه‌کار می‌رود.
   • آن‌چه باید آزموده شود قفل‌شدنِ فازِ مقیاسِ آکوستیکی با نماگرهای رشد از عدسیِ ضعیف زیرِ پارامترهای مشترک و نیز امکانِ جابجاییِ یک هسته میان سامانه‌ها است.

سوم مزیت‌ها و محدودیت‌های هر رویکرد

1. فیزیکِ معاصر بر پایهٔ لامبدا و نسبیتِ عام
   • مزیت‌ها بسته‌شدنِ گسترده میانِ مقیاس‌ها از قله‌های آکوستیکی در تابشِ زمینه و مقیاسِ نوسان‌های باریونی تا عدسیِ ضعیف و نرخ‌های رشد در فضای انتقال به سرخ و سپس هندسه و انرژی‌شناسیِ هم‌جوشی‌ها. پختگیِ مهندسیِ بالا در بومِ شبیه‌سازی‌های چندجسمی و شاره‌های مغناطیسی و مدیریتِ استانداردِ پارامتر و خطا. تبیینِ شهودی برای ناهم‌ترازیِ کافا–ایکس زیرا جرمِ کم‌برخورد می‌گذرد و گازِ برخوردی عقب می‌ماند.
   • محدودیت‌ها ریزفیزیکِ لزجت و رسانش و مهارِ مغناطیسی و ناترازیِ الکترون–یون می‌تواند دفترِ انرژی و برآوردِ عددِ ماخِ شوک را گِل‌آلود کند. حالت‌های حدّیِ دینامیک و ریخت می‌تواند به پیش‌انگاره‌های دقیق یا گزینشِ نمونه نیاز داشته باشد. اثرانگشت‌های زمانی مانند درنگ و حافظه، برون‌دادِ طبیعیِ چارچوب نیست و بازتولیدشان گاهی به میزان‌کردنِ هندسی وابسته است.
2. نظریهٔ ریسه‌های انرژی
   • مزیت‌ها پاسخِ رویدادمحور با حافظه که اجازه می‌دهد ناهم‌ترازیِ کافا–ایکس در زمان به‌روشی مستقیم توضیح داده شود. جهت‌داری و نامحلی بودن که با یک خانوادهٔ هستهٔ ناهمسان‌گرد می‌توان بیضویت و پیچش و نسبتِ چندقطبی‌ها را هم‌زمان بازگفت و آمارِ هم‌راستاییِ نرمالِ شوک با محورِ عدسی را پیش‌بینی کرد. زنجیره‌های سنجشِ «بی‌طرف از نظریه» در لایهٔ رصدی میانِ نقش‌های برش و پروفیل‌های پرتو ایکس و اثرِ زیلدوویچ و طیف‌های رادیویی که دور باطلِ پیش‌انگاره‌ها را می‌کاهد.
   • محدودیت‌ها دوخت‌ودوزِ میانِ مقیاس‌ها هنوز ناتمام است؛ نویزِ پس‌زمینهٔ تانسوری باید جزییاتِ تابشِ زمینه را بازسازی و مقیاس را بی‌جابجایی به نوسان‌های آکوستیکی برساند و گرانشِ تانسوریِ آماری نیز باید با دوالِ دو‌نقطه‌ایِ عدسیِ ضعیف و نماگرهای رشد زیرِ پارامترهای یگانه به بسته‌شدن برسد. قیودِ صریحِ انرژی و گذار باید افزوده شود تا هستهٔ مؤثر نتواند با آزادیِ بیش از اندازه، خطاهای سامانه‌مند را «فروببرد». همچنین انتقال‌پذیری تنها با داده‌ها اثبات می‌شود.

چهارم تعهدهای قابلِ راستی‌آزمایی

• آیا ناهم‌ترازیِ کافا–ایکس در یک سامانه با نماگرهای تندی پیوندِ یکنواخت دارد و پس از عبور با زمان‌مقیاسی ویژه آرام می‌شود
• آیا نرمالِ شوک و راستای بازمانده‌های رادیویی با محورِ عدسی هم‌راستا می‌شوند و این هم‌راستایی معنا‌دار است
• آیا توانِ گرماییِ پرتو ایکس و اثرِ حرارتیِ زیلدوویچ با توانِ ناگرماییِ رادیویی جمعاً کسریِ انرژیِ جنبشی را جبران می‌کند
• آیا یک مجموعهٔ پارامترِ ثابت در چندین سامانهٔ هم‌جوشی همچنان کارآمد می‌ماند
• آیا «مقیاسِ آکوستیکی» از تابشِ زمینه تا نوسان‌های آکوستیکی فازِ خود را نگه می‌دارد و دوالِ دو‌نقطه‌ایِ عدسیِ ضعیف و نماگرهای رشد زیرِ همان پارامترها به بسته‌شدن می‌رسند

در پایان

هم‌جوشیِ خوشه‌ها آزمایشگاهی طبیعی برای آزمودنِ گرانشِ کیهانی و ترکیبِ مادّه است. فیزیکِ معاصر و نظریهٔ ریسه‌های انرژی می‌توانند داده‌های یکسان را توضیح دهند، امّا فلسفهٔ تبیینِ آن‌ها متفاوت است؛ یکی «جرمِ نادیدنی» را در کانون می‌گذارد و دیگری «چشم‌اندازِ پاسخ‌گو به رویداد» را. داوریِ نهایی با شعار نیست، بلکه با کارنامه بر همان مجموعهٔ داده‌ها است؛ با فرض‌های کم‌تر و درجه‌های آزادیِ محدودتر، بازتولید میانِ نمونه‌ها و مقیاس‌ها، و دفترداریِ دقیقِ انرژی. هشت نشانگر و پنج گامِ سنجشِ بالا فهرستی مشترک برای مطالعه و پژوهش فراهم می‌کند.