آی‌ای گزارش داد، حوزه اخترشناسی و اخترفیزیک با سرعتی سریع در حال پیشرفت است و نتایج اخیر مانند اولین تصویر از یک سیاهچاله و مشاهدات بی‌سابقه کیهان باستانی را ارائه کرده است.
جهان به قدری وسیع است که ما تنها بخش کوچکی از آن را بررسی کرده‌ایم. تخمین زده می‌شود که ۱۰۰ میلیارد ستاره فقط در کهکشان راه‌شیری وجود دارد و تعداد ستاره‌های موجود در جهان قابلِ مشاهده بیشتر از دانه‌های شن روی زمین است. در اینجا تعدادی از بزرگترین اسرار کیهانی که در حال حاضر پاسخی برای آن‌ها نداریم را بررسی می‌کنیم.
۱. بیگانگان کجا هستند؟
تناقض فرمی که توسط فیزیکدان انریکو فرمی پیشنهاد شده است، این سوال را مطرح می‌کند: همه بیگانگان کجا هستند؟ بشریت تاکنون هیچ نشانه‌ی فناورانه که از یک گونه‌ی بیگانه باهوش سرچشمه گرفته باشد را شناسایی نکرده است و اگر در مورد تکامل کهکشان راه‌شیری فکر کنید عجیب به نظر می‌رسد.
کهکشان راه شیری تقریبا ۱۳ میلیارد سال قدمت دارد. زمین با چهار میلیارد سال سن، یک سیاره جوان در راه‌شیری است. تقریبا ۴۰۰ میلیارد ستاره در کهکشان راه شیری وجود دارد و حدود ۲۰ میلیارد از آن‌ها ستارگانی شبیه به خورشید خود ما هستند. بر اساس برآوردها، حدود یک پنجم از این ستاره‌ها میزبان سیاره‌ای به اندازه زمین هستند که در منطقه قابل سکونت آن ستاره‌ها قرار گرفته‌اند؛ بنابراین اگر تنها ۰.۱ درصد از این سیارات واقع در مناطق قابل سکونت حیات ایجاد می‌کردند، یک میلیون سیاره با حیات در کهکشان ما وجود داشت. از آنجایی که زمین یک سیاره جوان است، بیشتر این سیارات باید دارای تمدن‌های پیشرفته‌ای باشند که فناوری مورد نیاز برای کشف کیهان را توسعه داده‌اند. پس همه این بیگانگان کجا هستند؟
۲. قبل از مه‌بانگ چه اتفاقی افتاد؟
این سوالی است که بشریت قرن‌هاست که به شکلی با آن دست و پنجه نرم می‌کند. امروزه دانشمندان چندین نظریه دارند، از جمله نظریه ریسمان، که این فرضیه را مطرح می‌کند که جهان ما یکی از جریان‌های بی‌پایانی است که به وجود آمده است.
نیل دگراس تایسون (Neil deGrasse Tyson) یک اخترفیزیکدان مشهور، این سوال را از استیون هاوکینگ پرسید. هاوکینگ توضیح داد که معتقد است قبل از مه‌بانگ «هیچ چیزی» وجود نداشته است.
هاوکینگ اظهار داشت که معتقد است جهان هیچ مرزی ندارد و زنجیره فضا-زمان یک سطح بسته بدون پایان مانند یک جسم کروی است.
هاوکینگ توضیح داد: می‌توان زمانی معمولی و واقعی را از قطب جنوب شروع کرد که نقطه‌ای هموار از فضا-زمان است که در آن قوانین عادی فیزیک برقرار است. هیچ چیزی در جنوب قطب جنوب وجود ندارد، بنابراین قبل از مه‌بانگ چیزی در اطراف وجود نداشت.
۳. انرژی تاریک چیست؟
در دهه ۱۹۲۰، رصد‌های ادوین هابل ستاره‌شناس نشان داد که جهان در حال انبساط است. بعدها، دانشمندان انتظار داشتند که متوجه شوند این روند به دلیل اثرات گرانش در حال کند شدن است. با این حال، در سال ۱۹۹۸، مطالعات نشان داد که انبساط، در واقع، شتاب گرفته است. نیروی نامرئی ایجاد کننده این شتاب انرژی تاریک نام داشت.
محاسبات بعدا نشان داد که تقریبا ۷۰ درصد جهان از انرژی تاریک تشکیل شده است؛ و با این حال، ما هنوز نمی‌دانیم این ماده چیست. انرژی تاریک برای تلسکوپ‌ها نامرئی است و نور مرئی یا هر شکل دیگری از تشعشعات الکترومغناطیسی را ساطع یا جذب نمی‌کند. ما فقط به دلیل تأثیر گرانشی آن بر حرکات خوشه‌های کهکشانی و ستارگان واحد می‌دانیم که وجود دارد.
اگرچه مطالعه چیزی که اساساً برای چشم و تلسکوپ ما نامرئی است بسیار دشوار است، برخی از دانشمندان معتقدند که از ذرات زیراتمی تشکیل شده است که با ذراتی که ماده‌ای را ایجاد می‌کنند که ما می‌توانیم در دنیای اطراف خود ببینیم متفاوت است.
۴. ماده تاریک چیست؟
مانند انرژی تاریک، ما فقط می‌دانیم که ماده تاریک به دلیل تأثیر گرانش آن بر ستاره‌ها و کهکشان‌ها وجود دارد؛ و با این حال، تخمین زده می‌شود که ۲۵ درصد از جهان را تشکیل می‌دهد. این بدان معناست که ماده تاریک و انرژی تاریک با هم حدود ۹۵ درصد از همه چیز را تشکیل می‌دهند.
تا به امروز، هیچ آزمایشی بر روی زمین هیچ مدرک مشخصی برای ماده تاریک کشف نکرده است. اما در آینده، رصدخانه‌های فضایی مانند تلسکوپ اقلیدس و تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن می‌توانند ماده تاریک و انرژی تاریک را مشخص کنند.
اقلیدس نقشه‌ای سه بعدی از کیهان، شامل یک سوم آسمان شب و تقریبا دو میلیارد کهکشان را ترسیم خواهد کرد. این نقشه تا فاصله حدود ۱۰ میلیارد سال نوری از زمین امتداد خواهد یافت. امید این است که درک جدیدی در مورد تکامل جهان ۱۳.۸ میلیارد ساله و نقش ماده تاریک و انرژی تاریک ارائه دهد.
۵. ماه چگونه شکل گرفت؟
ماه مسئول جزر و مد اقیانوس‌ها است و احتمالا نقش زیادی در تکامل حیات روی زمین داشته است، اما ما نمی‌دانیم که چگونه به وجود آمده است.
تخمین زده می‌شود که ماه ۱۰۰ میلیون سال پس از شروع شکل‌گیری منظومه شمسی شکل گرفته است و چندین نظریه در مورد منشا آن وجود دارد، اگرچه هیچ یک از آن‌ها اثبات نشده‌اند.
یک نظریه نشان می‌دهد که ممکن است میلیارد‌ها سال پیش، زمین به جسمی به اندازه مریخ به نام Theia برخورد کرده باشد. در یک مطالعه جدید، شبیه‌سازی‌هایی که جرم، مدار و ترکیب ماه را در نظر گرفتند، نشان دادند که این برخورد می‌تواند به تشکیل ماه در عرض چند ساعت منجر شده باشد.
۶. آیا منشا حیات در زمین بوده است؟
ممکن است حیات روی زمین ایجاد نشده باشد. در سال‌های اخیر، مطالعات متعددی نشان داده‌اند که سیارک‌ها و شهاب‌سنگ‌ها ممکن است چندین سال پیش مواد مورد نیاز برای شکل‌گیری حیات را از جا‌های دیگر به زمین آورده باشند.
سال گذشته، دانشمندان دو واحد از پنج واحد اطلاعاتی دی‌ان‌ای و آران‌ای را که هنوز در نمونه‌های شهاب‌سنگ‌ها شناسایی نشده بودند، کشف کردند. نمونه‌ها اکنون نشان می‌دهند که تمام بخش‌های ژنتیکی مورد نیاز برای تشکیل دی‌ان‌ای در شهاب‌سنگ‌ها وجود دارد، به این معنی که بلوک‌های سازنده حیات ممکن است توسط سنگ‌های فضایی به زمین منتقل شده باشند.
ماموریت‌های نمونه سیارکی، مانند هایابوسا-۱ (Hayabusa-۱) از آژانس فضایی ژاپن که نمونه‌ای را در سال ۲۰۱۰ جمع‌آوری کرد، همچنین وجود آب و مواد آلی را بر روی سنگ‌های فضایی نشان داده است.
۷. فوران‌های رادیویی سریع چه هستند؟
فوران‌های رادیویی سریع (FRB) تابش شدید و درخشانی از نور هستند که از کیهان دور تشخیص داده می‌شوند. آن‌ها برای اولین بار در سال ۲۰۰۷ کشف شدند. آن‌ها از کل کهکشان‌ها درخشان‌تر هستند و می‌توانند همان مقدار انرژی که خورشید ما در سه روز تولید می‌کند را یکجا تولید کنند.
اگرچه فوران‌های رادیویی سریع فوق‌العاده درخشان هستند، تشخیص آن‌ها دشوار است، زیرا فقط چند میلی ثانیه دوام می‌آورند. دانشمندان پیشنهاد می‌کنند که ممکن است روزانه ۱۰ هزار فوران رادیویی سریع از آسمان زمین قابل مشاهده باشد، اما اکثر آن‌ها شناسایی نمی‌شوند.
ما نمی‌دانیم که آن‌ها از کجا نشات می‌گیرند، اگرچه گزینه‌های احتمالی شامل مگنتارها، ستاره‌های نوترونی در حال فروپاشی و کهکشان‌های در حال برخورد هستند. در موارد نادر، برخی از این فوران‌ها سیگنال‌های تکراری ارسال می‌کنند که توجه موسسه جستجوی هوش فرازمینی (SETI) را نیز به خود جلب کرده‌اند.
۸. حباب فرمی چیست؟
حباب‌های فرمی دو ساختار عظیم هستند که در مرکز کهکشان راه شیری کشف شده‌اند که تقریباً ۲۰ هزار سال نوری در بالا و پایین صفحه کهکشانی امتداد دارند.
آن‌ها اولین بار در سال ۲۰۱۰ کشف شدند و از پرتو‌های گاما و اشعه ایکس با انرژی فوق‌العاده بالا تشکیل شده‌اند که با چشم غیر مسلح قابل مشاهده نیستند.
برخی از دانشمندان پیشنهاد می‌کنند که این امواج ممکن است امواج شوکی باشند که از ستارگانی نشات می‌گیرند که توسط سیاهچاله کمان‌ای* که مرکز کهکشان راه شیری قرار دارد، فروپاشیده می‌شوند.
۹. میدان مغناطیسی ماه
یکی از بزرگترین اسرار ماه تا حدی الهام بخش فیلم کلاسیک علمی تخیلی آرتور سی کلارک به نام «۲۰۰۱: یک ادیسه فضایی» بود. این معما حول این واقعیت می‌چرخد که فقط بخش‌هایی از پوسته ماه دارای میدان مغناطیسی هستند.
در حالی که ما دلیل دقیق این پدیده را نمی‌دانیم، برخی از دانشمندان پیشنهاد کرده‌اند که ممکن است به دلیل برخورد سیارک‌هایی باشد که مواد مغناطیسی را در نقاطی از سطح ماه پراکنده می‌کنند.
۱۰. چرا تپ اختر‌ها به طور مداوم چشمک می‌زنند؟
تپ اختر‌ها ستارگان نوترونی هستند که با سرعت بسیار زیاد می‌چرخند. آن‌ها همچنین پرتویی از تابش الکترومغناطیسی را در فواصل زمانی منظم ساطع می‌کنند که به قدری فواصل آن منظم است که با دقت یک ساعت اتمی رقابت می‌کند. این امر آن‌ها را به ابزاری ارزشمند برای ستاره شناسان و اخترفیزیکدانانی تبدیل کرده که از آن‌ها برای اندازه‌گیری فواصل در فضا استفاده می‌کنند.
اولین تپ اختر در سال ۱۹۶۷ کشف شد، اما دانشمندان هنوز متوجه نشده‌اند که چه چیزی باعث تابش این ستاره‌ها می‌شود. با این حال، در سال ۲۰۰۸، ستاره شناسان مشاهده کردند که یک تپ‌اختر خاص به مدت ۵۸۰ روز ناگهان تابش خود را متوقف کرد. در طول مشاهدات، آن‌ها متوجه شدند که این به نوعی به جریان‌های مغناطیسی مربوط می‌شود که چرخش ستارگان را کاهش می‌دهد، اگرچه آن‌ها نمی‌دانند این جریان‌ها از کجا می‌آیند.
۱۱. آیا جهان ما یکی از بسیار مورد است؟
نظریه ریسمان بیان دارد که ذرات زیراتمی واحد‌های اساسی سازنده ماده نیستند. در عوض، همه چیز از رشته‌های فوق‌العاده ریزی تشکیل شده است که ارتعاشات آن‌ها اثراتی را ایجاد می‌کند که ما آن‌ها را به عنوان اتم، الکترون و کوارک تفسیر می‌کنیم.
این موضوع، امکان وجود تعداد نامتناهی از ابعاد را فراهم می‌کند که نشان می‌دهد جهان ما تنها یکی از بسیاری از موارد است.
اگر نظریه ریسمان اثبات شود، به دانشمندان این امکان را می‌دهد که قوانین نظریه نسبیت و مکانیک کوانتوم را متحد کنند و همچنین به این سؤال پاسخ می‌دهد که چه چیزی قبل از مه‌بانگ رخ داده است. مشکل این است که نظریه ریسمان برای اولین بار در دهه ۱۹۶۰ مطرح شد، اما دانشمندان تاکنون نتوانسته‌اند هیچ مدرک مشخصی برای اثبات آن ارائه دهند.