ปริศนาจุดเย็นในการแผ่รังสีพื้นหลังเอภภพ
การแผ่รังสีไมโครเวฟพื้นหลังเอกภพ(cosmic microwave background; CMB) เป็นซากแสงที่มีอายุเก่าแก่ที่สุด มาจากเมื่อเอกภพถือกำเนิดขึ้นในบิ๊กแบงได้เพียง 380,000 ปี แสงดังกล่าวพบได้ทั่วท้องฟ้าเป็นรังสีพื้นหลัง ซึ่งจากความเก่าแก่ได้เกิดการยืดยาวออกจากเอกภพที่ขยายตัวด้วยความเร่ง จนแสงมีความยาวคลื่นในช่วงไมโครเวฟแล้ว ดาวเทียมพลังค์ทำแผนที่อุณหภูมิ CMB นี้ และพบความผิดปกติ
หลังจากบิ๊กแบง เอกภพที่สว่างเจิดจ้ายังทึบแสงและร้อนมากๆ จนอะตอมไม่สามารถก่อตัวขึ้นได้ ต่อมาเมื่อเย็นตัวลงที่ราว -270 องศาเซลเซียส พลังงานจำนวนมากจากบิ๊กแบงก็อยู่ในรูปของแสง การเรืองไล่หลัง(afterglow) นี้เรียกกันว่า ไมโครเวฟพื้นหลังเอกภพ(cosmic microwave background) ปัจจุบันสามารถเห็นด้วยกล้องโทรทรรศน์ในช่วงความถี่ไมโครเวฟ จะเป็นความปั่นป่วนอุณหภูมิอันน้อยนิดแต่ให้ข้อมูลเกี่ยวกับเอกภพยุคต้นได้
ขณะนี้ นักวิทยาศาสตร์อาจจะมีคำอธิบายให้กับการมีอยู่ของพื้นที่ที่เย็นเป็นพิเศษในแสงเรืองนี้ ซึ่งเรียกว่า CMB Cold spot กำเนิดของมันยังคงเป็นปริศนาแต่ก็อาจจะเป็นเกี่ยวกับการขาดหายของกาแลคซีอย่างรุนแรง นักวิทยาศาสตร์ใช้ข้อมูลที่รวบรวมจากการสำรวจพลังงานมืด(Dark Energy Survey) เพื่อยืนยันการมีอยู่ของช่องว่างขนาดใหญ่(supervoid) ที่สุดเท่าที่เคยพบมา คือ ช่องว่างใหญ่กลุ่มดาวแม่น้ำ(Eridanus supervoid) ตามที่รายงานเผยแพร่ในเดือนธันวาคม 2021 ช่องว่างซึ่งเดิมเคยเป็นเพียงสมมุติฐานในใยเอกภพ(cosmic web) ขณะนี้ได้รับการยืนยันแล้วว่าอาจจะเป็นสาเหตุของความผิดปกติใน CMB นี้
เส้นใยเอกภพประกอบขึ้นจากกระจุกและซุปเปอร์กระจุกกาแลคซี ซึ่งดึงดูดเข้าหากันโดยแรงโน้มถ่วง และวิ่งหนีออกจากกันและกันโดยแรงผลักปริศนาที่ยังไม่เป็นที่เข้าใจ ซึ่งเรียกว่า พลังงานมืด(dark energy) ระหว่างกระจุกกาแลคซีเหล่านั้นเป็นช่องว่าง(void) ซึ่งเป็นพื้นที่เวิ้งว้างในอวกาศที่มีกาแลคซีอยู่น้อยกว่าปกติ และจึงมีสสารปกติและสสารมืดน้อยกว่าที่มีในกระจุกกาแลคซีด้วย
การสำรวจจากโครงการสำรวจพลังงานมืด(Dark Energy Survey) ซึ่งทำโดยกล้องโทรทรรศน์บลังโกในภาพ นักวิทยาศาสตร์ใช้ข้อมูลเพื่อสร้างแผนที่สสารมืดในพื้นที่บนท้องฟ้าที่มีซุปเปอร์ช่องว่างกลุ่มดาวแม่น้ำ(Eridanus supervoid) และจุดเย็นในไมโครเวฟฟื้นหลัง(CMB Cold Spot)
ในบรรดาโครงสร้างที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่มนุษยชาติเคยพบมา เป็นซุปเปอร์ช่องว่างในกลุ่มดาวแม่น้ำ(Eridanus) ซึ่งเป็นช่องว่างขนาดใหญ่, รีรูปร่างคล้ายซิการ์ ในใยเอกภพซึ่งมีความกว้าง 1.8 พันล้านปีแสง และสำรวจพบว่ามีสสารน้อยกว่าพื้นที่รอบข้างประมาณ 30% ใจกลางซุปเปอร์ช่องว่างนี้อยู่ห่างจากโลก 2 พันล้านปีแสง ทำให้มันเป็นละแวกใกล้ๆ ที่มีความหนาแน่นสสารต่ำกว่าปกติ ที่โดดเด่น
เพื่อทำการค้นพบนี้ นักวิทยาศาสตร์ใช้การสำรวจพลังงานมืดเพื่อสร้างแผนที่สสารมืดในทิศทางเดียวกับจุดเย็นใน CMB ด้วยการสำรวจผลจากปรากฏการณ์เลนส์ความโน้มถ่วง ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ประหลาดที่เกิดขึ้นเมื่อเส้นทางของแสงถูกบิดเบน(และขยาย) โดยอิทธิพลแรงโน้มถ่วงของสสารมืด Niall Jeffrey นักวิทยาศาสตร์ที่ทำงานในการสร้างแผนที่สสารมืด กล่าวว่า แผนที่สสารมืดนี้เป็นแผนที่ที่มีขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยทำมา เราทำแผนที่สสารมืดได้เกินหนึ่งในสี่ซีกฟ้าใต้ นักวิทยาศาสตร์เคยนับจำนวนกาแลคซีที่มองเห็นในตำแหน่งจุดเย็นใน CMB นี้ และพบกาแลคซีจำนวนน้อยในพื้นที่นั้น แผนที่ใหม่ได้แสดงถึงความสอดคล้องกับสสารมืดที่ต่ำกว่าปกติ
DES เป็นความพยายามในระดับนานาชาติเพื่อเข้าใจผลกระทบจากพลังงานมืดที่มีต่อการขยายตัวด้วยความเร่งของเอกภพ ซึ่งมีนักวิทยาศาสตร์ 300 คนจาก 25 สถาบันใน 7 ประเทศ DES บันทึกกาแลคซี, ซุปเปอร์โนวาและรูปแบบในใยเอกภพ โดยใช้กล้องดิจิตอลขนาด 570 เมกะพิกเซล ที่เรียกว่า DECam ในเทือกเขาแอนดีส Juan Garcia-Bellido นักเอกภพวิทยาที่ IFT-Madrid และผู้เขียนร่วมรายงานนี้ กล่าวว่า เราได้คิดมาอย่างน้อยก็ทศวรรษครึ่งแล้วว่า ช่องว่างจะส่งผลต่อความเร่งของเอกภพอย่างไร
จุดเย็นอยู่ในกลุ่มดาวแม่น้ำ(Eridanus) บนซีกฟ้าใต้ ภาพเล็กแสดงอุณหภูมิไมโครเวฟของท้องฟ้าปื้นเล็กๆ นี้ ตามที่ทำแผนที่โดยดาวเทียมพลังค์(Planck) ขององค์กรอวกาศยุโรป รายละเอียดอื่นในแผนที่การกระจายตัวของสสารมืดทำโดยทีมการสำรวจพลังงานมืด
ในภาพรวมขนาดใหญ่ที่สุด เอกภพเป็นสงครามระหว่างแรงโน้มถ่วงกับการขยายตัวของเอกภพจากพลังงานมืด ทำให้ช่องว่างบางส่วนที่อยู่ระหว่างกระจุกกาแลคซียิ่งลึกมากขึ้น โฟตอนหรืออนุภาคแสงที่เข้ามาในช่องว่างในช่วงเวลาก่อนที่ช่องว่างจะเริ่มลึกลง และหนีออกไปได้เมื่อช่องว่างลึกลงไปอีก Garcia-Bellido กล่าว กระบวนการหมายความว่าจะมีการสูญเสียพลังงานในการเดินทางโดยรวม ซึ่งเรียกว่า Integrated Sachs-Wolfe effect เมื่อโฟตอนตกลงในสิ่งที่อาจเป็นหลุม พวกมันจะได้พลังงาน และเมื่อเดินทางออกจากสิ่งที่อาจเป็นหลุมจะสูญเสียพลังงาน ก็จะเป็นปรากฏการณ์เรดชิพท์ความโน้มถ่วง(gravitational redshift effect)
แม้ว่าผลสรุปใหม่จะยืนยันว่าซุปเปอร์ช่องว่างกลุ่มดาวแม่น้ำนั้นมีขนาดใหญ่โต แต่มันก็ยังไม่เพียงพอที่จะอธิบายความแตกต่างระหว่างการทำนายจากแบบจำลองเอกภพวิทยามาตรฐานปัจจุบัน ซึ่งใช้เพื่อทำนายพฤติกรรมของพลังงานมืดที่เรียกว่า Lambda Cold Dark Matter model และการเปลี่ยนแปลงที่สำรวจพบในอุณหภูมิในจุดเย็น ซึ่งอาจเกิดจากผลของซุปเปอร์ช่องว่างที่มีต่อโฟตอน CMB
การมีความบังเอิญของโครงสร้างที่พบยากทั้งสองในใยเอกภพ และใช้ CMB นั้นโดยปกติไม่ได้มากพอที่จะทำความลำบากให้กับมาตรฐานทางวิทยาศาสตร์ Andras Kovacs นักวิจัยนำในโครงการนี้ กล่าว แต่ก็เพียงพอที่จะเติมเรื่องราวใหม่ๆ ให้กับความเป็นมาที่ยาวนานของปัญหาจุดเย็นใน CMB ในที่สุด ซึ่งอย่างน้อยผู้คนก็แน่ใจได้ว่ามีซุปเปอร์ช่องว่างอยู่ ซึ่งก็เป็นสิ่งที่ดีเนื่องจากบางคนโต้แย้ง
กล้อง DECam ซึ่งสามารถบันทึกแสงปริมาณเล็กน้อยจากกาแลคซีและซุปเปอร์โนวาที่ไกลโพ้นได้
พูดให้สั้นคือ มีสองทางที่จะคิดเกี่ยวกับปัญหานี้ ก็คือ แบบจำลอง Lambda-CDM นั้นถูกต้อง และจุดเย็นใน CMB นั้นเป็นความผิดปกติอย่างสุดขั้วที่เกิดขึ้นโดยบังเอิญกับซุปเปอร์ช่องว่างที่อยู่ด้านหน้ามัน หรือ แบบจำลอง Lambda-CDM อาจจะไม่ถูก และ Integrated Sachs-Wolfe effect ในซุปเปอร์ช่องว่างนั้นเกิดขึ้นรุนแรงกว่าที่คาดไว้ ถ้าเป็นอย่างหลัง ก็น่าจะบ่งชี้ถึงอิทธิพลของพลังงานมืดที่มีมากขึ้นต่อเอกภพ และอาจจะรวมถึงการขยายตัวที่เร็วขึ้น ที่น่าสนใจคือ ความเป็นไปได้นี้ได้รับการสนับสนุนจากหลักฐานที่ได้จากซุปเปอร์ช่องว่างอื่นที่อยู่ไกลออกไปอีก ยิ่งกว่านั้น ทีม DES ยังสำรวจพบว่าสัญญาณเลนส์ความโน้มถ่วงจากซุปเปอร์ช่องว่างกลุ่มดาวแม่น้ำนั้น อ่อนกว่าที่คาดไว้เล็กน้อย
ความยุ่งยากก็คือแบบจำลองทางเลือกทั่วไปไม่สามารถอธิบายความแตกต่างนี้ได้ ซึ่งถ้าเป็นจริง มันก็อาจหมายความว่าเราไม่ได้เข้าใจพลังงานมืดได้ลึกซึ้งนัก Kovacs กล่าว
แหล่งข่าว skyandtelescope.com : a step closer to understanding the “cold spot” in the cosmic microwave background
- 2
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
