เมื่อความไม่ลงรอยฮับเบิลกลายเป็นวิกฤติ
เอกภพดูจะขยายตัวอย่างรวดเร็วจนน่าจะเร็วเกินไปแล้ว การตรวจสอบครั้งใหม่ได้ยืนยันสิ่งที่เป็นที่ถกเถียงอย่างดุเดือด โดยผลได้แสดงว่า เอกภพกำลังขยายตัวเร็วกว่าที่แบบจำลองทางทฤษฎีได้ทำนายไว้ และเร็วกว่าที่จะสามารถอธิบายได้ด้วยฟิสิกส์ใดๆ ที่เรามีในปัจจุบัน
ความแตกต่างระหว่างแบบจำลองกับข้อมูลถูกเรียกว่า ความไม่ลงรอยฮับเบิล
(Hubble tension) ขณะนี้ ผลสรุปใหม่ที่เผยแพร่ใน Astrophysical Journal Letters ได้ให้หลักฐานที่ชัดเจนมากขึ้นว่าการขยายตัวเร็วขึ้น(มีความเร่ง) ตอนนี้ความไม่ลงรอยได้กลายเป็นวิกฤติแล้ว Dan Scolnic ผู้นำทีมวิจัย กล่าว
การตรวจสอบอัตราการขยายตัวของเอกภพ หรือที่เรียกว่า ค่าคงที่ฮับเบิล(Hubble constant) เป็นความพยายามครั้งใหญ่หลวงมาตั้งแต่ปี 1929 เมื่อ เอ็ดวิน ฮับเบิล เป็นคนแรกที่พบว่าเอกภพกำลังขยายตัว Scolnic ซึ่งเป็นรองศาสตราจารย์สาขาฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยดุ๊ก อธิบายว่า ก็เหมือนกับการที่เราพยายามสร้างกราฟการเติบโตของเอกภพ คือ เราทราบว่ามันมีขนาดอย่างไรตอนบิ๊กแบง แต่มันมามีขนาดในปัจจุบันได้อย่างไร
image credit Ilustration: Nico Roper/Quanta Magazine
ในแบบเดียวกัน ภาพสมัยเอกภพยังเป็นทารกก็เป็นตัวแทนของเอกภพอันห่างไกล ซึ่งเป็นเมล็ดพันธุ์ดึกดำบรรพ์สำหรับกาแลคซีในเวลาต่อๆ มา
การตรวจสอบเอกภพยุคต้นใช้การทำนายจากการศึกษาไมโครเวฟพื้นหลังของเอกภพ(cosmic microwave background) ซึ่งเป็นซากแสงที่เหลืออยู่จากบิ๊กแบง
เอกภพในยุคปัจจุบันเรียกกันว่า เอกภพท้องถิ่น(local universe) ซึ่งก็มีทางช้างเผือกและเพื่อนบ้าน แบบจำลองเอกภพวิทยามาตรฐานก็คือ กราฟการเจริญเติบโตที่เชื่อมช่วงเวลาทั้งสองไว้ แต่ปัญหาก็คือ มันเชื่อมกันไม่ได้ ด้วยความเคารพที่ต้องบอกว่าแบบจำลองเอกภพวิทยาของเราน่าจะล้มเหลวแล้ว Scolnic กล่าว
การตรวจสอบเอกภพต้องการบันไดอวกาศ(cosmic ladder) ซึ่งเป็นวิธีการต่อยอดที่ใช้เพื่อตรวจสอบระยะทางสู่วัตถุฟากฟ้า โดยแต่ละวิธีการ หรือขั้นบันได ก็พึ่งพาขั้นบันไดก่อนหน้าที่สอบทานมาตรฐาน(calibrate) มาเรียบร้อยแล้ว บันไดที่ Scolnic ใช้มาจากทีมอื่นที่ใช้ข้อมูลจาก DESI(Dark Energy Spectroscopic Instrument) ซึ่งสำรวจกาแลคซีมากกว่าแสนแห่งในทุกคืนจากจุดสำรวจบนหอสังเกตการณ์แห่งชาติ คิตต์พีค
Coma cluster เป็นกระจุกกาแลคซีที่มีขนาดใหญ่ ประกอบด้วยกาแลคซีนับพันแห่ง
Scolnic ตระหนักว่าบันไดชิ้นนี้อาจจะอยู่ใกล้โลกมากขึ้น จากการตรวจสอบระยะทางสู่กระจุกผม(Coma cluster) ที่แม่นยำมากขึ้น ซึ่งเป็นกระจุกกาแลคซีแห่งหนึ่งที่อยู่ใกล้เรามากที่สุด เป็นกระจุกขนาดใหญ่ที่มีกาแลคซีอยู่มากกว่าหนึ่งพันแห่ง
กลุ่มความร่วมมือ DESI ทำงานกันหนักจริงๆ บันไดของพวกเขาก็แค่ขาดบันไดขั้นแรกไป แต่ผมรู้ว่าจะได้มายังไง และผมก็รู้ว่านี่จะกลายเป็นการตรวจสอบค่าคงที่ฮับเบิลที่แม่นยำที่สุดงานหนี่งเท่าที่เราจะทำได้ ดังนั้นเมื่อรายงานของพวกเขาออกมา ผมก็ทิ้งทุกๆ อย่างและเริ่มสานต่ออย่างไม่หยุดหย่อน
สำหรับ DESI ซึ่งเป็นปฏิบัติการห้าปีเพื่อตรวจสอบเอกภพที่กำลังขยายตัว DESI ใช้อุปกรณ์หุ่นยนต์ขนาดจิ๋ว 5000 ตัวติดตั้งบนไฟเบอร์ออพติก 5000 เส้นเพื่อรวบรวมข้อมูลเรดชิพท์จากวัตถุได้ 5000 แห่งในคราวเดียว ตลอดห้าปี มันตรวจสอบเรดชิพท์กาแลคซีราว 30 ล้านแห่งตลอดความเป็นมาของเอกภพเพื่อเรียนรู้ว่าพลังงานมืด(dark energy) กำลังทำให้เอกภพขยายตัวด้วยความเร่งได้อย่างไร
ตำแหน่งของซุปเปอร์โนวาชนิดหนึ่งเอ(ระบุเป็นดาวสีเหลือง) ทั้ง 12 แห่งในกระจุกกาแลคซีผม(Coma cluster) ใจกลางกระจุกระบุด้วยจุดสีแดง จากสี่เหลี่ยมด้านซ้ายขยายเป็นภาพด้านขวา
ที่เป็นอัตลักษณ์ก็คือ DESI ให้ค่าคงที่ฮับเบิลได้ทั้งจากเอกภพยุคต้นและเอกภพท้องถิ่น ด้วยการสำรวจ BAOs(baryonic acoustic oscillations; ร่องรอยคลื่นความหนาแน่นของสสารที่แช่แข็งเป็นการกระจายสสาร) ในการกระจายตัวของกาแลคซีตามเส้นใยเอกภพ(cosmic web) และเปรียบเทียบกับขนาดของ BAOs ที่พบใน CMB
DESI คำนวณค่าคงที่ฮับเบิลได้ที่ 68.5 km/s/Mpc ใกล้เคียงอย่างมากกับการทำนายจากแบบจำลองมาตรฐาน และดาวเทียมพลังค์(Planck) อย่างไรก็ตาม เมื่อใช้ DESI กับเอกภพท้องถิ่น โดยใช้ซุปเปอร์โนวาหนึ่งเอ ก็ให้ค่าที่ 76 km/s/Mpc ก็ยังแสดงความไม่ลงรอยเหมือนเดิม
เพื่อให้ได้ระยะทางสู่กระจุกผมที่แม่นยำ Scolnic และเพื่อนร่วมงานใช้กราฟแสงจากซุปเปอร์โนวาชนิดหนึ่งเอ(Type Ia supernovae) 12 เหตุการณ์ภายในกระจุกแห่งนี้ที่สำรวจโดยกล้องฮับเบิล ก็เหมือนกับเทียนที่จุดขึ้นตามเส้นทางที่มืดมิด ซุปเปอร์โนวาหนึ่งเอมีกำลังสว่าง(luminosity) ที่ทำนายได้เป็นสัดส่วนโดยตรงกับระยะทาง ทำให้พวกมันเป็นวัตถุที่น่าเชื่อถือในการคำนวณระยะทาง
อันดับความสว่างที่ปรับมาตรฐานแล้ว(Standardised magnitudes) ของซุปเปอร์โนวาทั้ง 12 แห่งในกระจุกผม อันดับความสว่างเฉลี่ยและช่วงความคลาดเคลื่อนแสดงเป็นสีฟ้า
ทีมได้ค่าระยะทางที่ 321 ล้านปีแสง ใกล้เคียงกับค่าเฉลี่ยระยะทางที่รายงานไว้ในการศึกษาตลอด 40 ปีก่อนหน้านี้ แต่ใกล้กว่าที่แบบจำลองมาตรฐานได้ทำนายไว้ เป็นสัญญาณที่ยิ่งบอกถึงความเที่ยงตรง การตรวจสอบนี้ไม่ได้มีอคติที่ว่าจะจบความไม่ลงรอยฮับเบิล Scolnic กล่าว กระจุกแห่งนี้อยู่ในละแวกบ้านใกล้เรือนเคียง มันจึงถูกตรวจสอบมาก่อนก่อนที่ใครๆ จะรู้ว่ามันจะมีความสำคัญมากแค่ไหน
ด้วยการได้บันไดขั้นแรกที่มีความแม่นยำสูงมาก ทีมจึงเทียบมาตรฐานบันไดวัดระยะทางในอวกาศขั้นที่เหลือได้ พวกเขาได้ค่าคงที่ฮับเบิลที่ 76.5 กิโลเมตรต่อวินาทีต่อเมกะพาร์เซค ซึ่งแปลว่า เอกภพท้องถิ่นกำลังขยายตัวเร็วขึ้น 76.5 กิโลเมตรต่อวินาทีต่อทุกๆ 3.26 ล้านปีแสง ค่าที่ได้สอดคล้องกับการตรวจสอบอัตราการขยายตัวเอกภพท้องถิ่นที่มีอยู่ อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับการตรวจสอบจากเอกภพท้องถิ่นเหล่านั้น ซึ่งขัดแย้งกับค่าที่ได้จากการทำนายจากเอกภพยุคต้น(67.4 km/s/Mpc)
พูดอีกอย่างก็คือ ค่าที่ได้สอดคล้องกับอัตราการขยายตัวของเอกภพตามที่ทีมอื่นๆ ได้ตรวจสอบไว้ก่อนหน้านี้ แต่ไม่สอดคล้องกับที่ความเข้าใจฟิสิกส์ได้ทำนายไว้ คำถามที่มีมานานก็คือ เป็นความผิดพลาดของการตรวจสอบ หรือที่แบบจำลอง ผลสรุปใหม่สนับสนุนต้นตอของความไม่ลงรอยฮับเบิลอยู่ที่แบบจำลอง ตลอดทศวรรษก่อน มีการวิเคราะห์ซ้ำจำนวนมากที่จะดูว่าผลสรุปเดิมของทีมนั้นถูกต้องหรือไม่ Scolnic กล่าว งานวิจัยของเขาขัดแย้งกับค่าคงที่ฮับเบิลที่ทำนายโดยใช้แบบจำลองฟิสิกส์มาตรฐานมาตลอด
ค่าระยะทางสู่กระจุกผม จากโครงการสำรวจต่างๆ รวมทั้งระยะทางที่ได้ล่าสุดจากทีมของ Scolnic แสดงเป็นสีน้ำเงิน ทั้งหมดไม่ได้ใกล้เคียงกับค่าที่ได้จากการทำนายจากแบบจำลองเอกภพวิทยามาตรฐาน(ระบุเป็น Planck+DESI FP)
แต่สุดท้าย แม้ว่าเราจะสลับสับเปลี่ยนชิ้นส่วนต่างๆ มากมาย ก็ยังคงได้ค่าใกล้เคียงกัน ดังนั้นแล้วสำหรับผม นี่เป็นการยืนยันที่ดีที่สุดเท่าที่จะมีได้แล้ว เราอยู่ในจุดที่เราค้านกับแบบจำลองเอกภพวิทยาที่ใช้มายี่สิบกว่าปีอย่างหนัก และเราก็กำลังได้เห็นว่ามันไม่สอดคล้องกันจริงๆ นี่อาจจะต้องปรับแต่งวิธีคิดของเราเกี่ยวกับเอกภพซะใหม่ และก็น่าตื่นเต้นจริงๆ เมื่อยังมีเรื่องน่าประหลาดใจเหลืออยู่ในด้านเอกภพวิทยา และใครจะทราบว่าจะได้พบอะไรต่อไป
การค้นพบล่าสุดนำเสนอในการประชุมสมาคมดาราศาสตร์อเมริกัน ครั้งที่ 245 ที่มารีแลนด์
นอกจากนี้ ทีมนักดาราศาสตร์ที่ใช้กล้องโทรทรรศน์ขั้วโลกใต้(SPT) ทำการตรวจสอบ CMB อย่างแม่นยำมาก ในรายงานที่ยังไม่ผ่านพิชญพิจารณ์ ทีมตรวจสอบการเกิดโพลาไรซ์(polarization) ในซากแสงนี้ คลื่นแสงจะสั่นในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า และการสั่น(oscillation) ก็เกิดขึ้นในทิศทางใดๆ ก็ตามที่ตั้งฉากกับทิศทางที่แสงเดินทาง เมื่อแสงเกิดโพลาไรซ์ การสั่นกลับเกิดในทิศทางที่จำเพาะทางหนึ่ง
Hubble costant discrepancy
เมื่อแบบจำลองมาตรฐานเอกภพวิทยามาจาก CMB ซึ่งส่วนใหญ่ก็มาจากข้อมูลของดาวเทียมพลังค์ แต่พลังค์ได้ข้อมูลจากการถอดรหัสการแปรผันเล็กน้อยในความหนาแน่นของซากแสงนี้ ในขณะที่การตรวจสอบจากขั้วโลกใต้ใช้ข้อมูลจากการเกิดโพลาไรซ์(หรือทิศทางการสั่น) ของ CMB ผลที่ได้จึงแทบจะเป็นอิสระจากผลสรุปของพลังค์ และให้การทดสอบผลสรุปเหล่านั้น ซึ่งก็ใกล้เคียงกับที่ได้จากพลังค์ นี่จึงยิ่งย้ำความไม่ลงรอยฮับเบิลมากขึ้นไปอีก งานวิจัยจะนำเสนอที่ Physical Review D และเผยแพร่ใน arXiv
แหล่งข่าว phys.org – turning the Hubble tension into a crisis: new measurement confirms universe is expanding too fast for current models
space.com – Hubble tension is now in our cosmic backyard, sending cosmology into crisis
skyandtelescope.com – new distance measurement highlights Hubble tension
iflscience.com – new Cosmic Microwave Background measurements sharpen puzzling “Hubble tension”
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
