คลายปมความไม่ลงรอยฮับเบิล
เราทราบหลายๆ อย่างเกี่ยวกับเอกภพของเรา แต่นักดาราศาสตร์ก็ยังคงโต้แย้งว่าจริงๆ แล้วเอกภพกำลังขยายตัวเร็วแค่ไหน ในความเป็นจริงในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมานี้ มีวิธีการหลัก 2 อย่างที่ใช้เพื่อตรวจหาค่านี้ ซึ่งเรียกว่า ค่าคงที่ฮับเบิล ซึ่งได้ให้ตัวเลขที่แตกต่างกัน นำไปสู่ความคิดที่ว่าแบบจำลองเอกภพวิทยาของเราที่มีอาจจะมองข้ามบางสิ่งไปหรือไม่
แต่การตรวจสอบครั้งใหม่จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ ดูเหมือนจะบอกว่าอาจจะไม่มีความขัดแย้งนั้น ซึ่งเรียกกันว่า ความไม่ลงรอยฮับเบิล(Hubble tension) อยู่เลย ในรายงานที่นำเสนอใน Astrophysical Journal และออนไลน์ในเวบ arXiv Wendy Freedman นักเอกภพวิทยาจากมหาวิทยาลัยชิคาโก และเพื่อนร่วมงานของเธอได้วิเคราะห์ข้อมูลใหม่ที่ได้จากกล้องเวบบ์
พวกเขาตรวจสอบระยะทางสู่กาแลคซีใกล้ๆ 10 แห่ง และตรวจสอบอัตราที่เอกภพกำลังขยายตัวในปัจจุบัน ค่าที่ได้ที่ 70 กิโลเมตรต่อวินาทีต่อเมกะพาร์เซค ซ้อนทับกับอีกวิธีการหนึ่งที่ใช้เพื่อหาค่าคงที่ฮับเบิลนี้ อ้างอิงจากข้อมูลใหม่จากเวบบ์และใช้วิธีการที่เป็นอิสระต่อกัน 3 วิธี เราไม่พบหลักฐานที่แสดงถึงความไม่ลงรอยฮับเบิล Freedman กล่าว เมื่อเทียบแล้ว ดูเหมือนแบบจำลองเอกภพวิทยามาตรฐานที่ใช้เพื่ออธิบายวิวัฒนาการของเอกภพยังคงใช้ได้
ทีมนักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยชิคาโก ได้สำรวจกาแลคซี 11 แห่งโดยใช้กล้องเวบบ์(สี่เหลี่ยมสีแดง) เช่นเดียวกับใช้ข้อมูลจากคลังของกล้องฮับเบิลด้วย(สี่เหลี่ยมสีขาวและเขียว) ดาวในกาลแคซีเหล่านี้มีเทียนมาตรฐาน ทั้งดาวแปรแสงเซเฟอิด และดาวยักษ์แดง ภาพปก ภาพจากศิลปินแสดงการขยายตัวของเอกภพนับตั้งแต่หลังบิ๊กแบง
เราทราบว่าเอกภพกำลังขยายตัวมาตั้งแต่ปี 1929 เมื่อ เอ็ดวิน ฮับเบิล ได้ทำการตรวจสอบดาวซึ่งบ่งชี้ว่ากาแลคซีที่อยู่ห่างไกลที่สุดก็กำลังเคลื่อนที่ออกห่างจากโลก เร็วกว่ากาแลคซีที่อยู่ใกล้ๆ ด้วย แต่ก็ยากอย่างยิ่งที่จะระบุว่าเอกภพกำลังขยายตัวเร็วแค่ไหนกันแน่ในปัจจุบัน ตัวเลขซึ่งเรียกกันว่า ค่าคงที่ฮับเบิล เป็นสิ่งจำเป็นต่อการเข้าใจพื้นเพของเอกภพ และยังเป็นส่วนสำคัญในแบบจำลองวิวัฒนาการเอกภพด้วย
จากความสำคัญและรวมถึงความยากในการตรวจสอบเหล่านี้ นักวิทยาศาสตร์หาวิธีการต่างๆ เพื่อให้แน่ใจว่าได้ค่าที่เที่ยงตรงที่สุดเท่าที่จะทำได้ ความพยายามหลักวิธีการหนึ่งเกี่ยวข้องกับการศึกษาซากแสงจากบิ๊กแบงที่เรียกว่า ไมโครเวฟพื้นหลังเอกภพ(cosmic microwave background) ค่าคงที่ฮับเบิลที่ดีที่สุดที่ได้จากวิธีการนี้ ซึ่งแม่นยำมากคือ 67.4 กิโลเมตรต่อวินาทีต่อเมกะพาร์เซค
วิธีการหลักอีกทางซึ่ง Freedman เชี่ยวชาญมาก ก็คือการตรวจสอบการขยายตัวของกาแลคซีในละแวกท้องถิ่นของเราโดยตรง ด้วยการใช้ดาวที่ทราบความสว่างเป็นอย่างดี เหมือนกับที่แสงไฟจากรถจะดูสลัวลงเมื่ออยู่ไกลออกไป ที่ระยะทางที่ไกลออกไปเรื่อยๆ ดาวก็ดูจะสลัวลงเรื่อยๆ ด้วยเช่นกัน การตรวจสอบระยะทางและความเร็วที่กาแลคซีกำลังเคลื่อนที่ออกห่างจากเรา จึงบอกเราว่าเอกภพกำลังขยายตัวเร็วแค่ไหน
นักวิทยาศาสตร์ใช้ข้อมูลใหม่ที่ได้จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ เพื่อหาค่าอัตราการขยายตัวของเอกภพ โดยตรวจสอบแสงจากกาแลคซี 11 แห่งที่รวมถึงกาแลคซี NGC 3972 ในภาพ
ในอดีต การตรวจสอบด้วยวิธีการนี้ให้ค่าคงที่ฮับเบิลที่สูงกว่า คือราว 74 กิโลเมตรต่อวินาทีต่อเมกะพาร์เซค ความแตกต่างของค่าที่ได้จากวิธีการทั้งสองนั้นมากพอที่นักวิทยาศาสตร์บางส่วนจะสงสัยว่าแบบจำลองวิวัฒนาการเอกภพมาตรฐานของเราอาจจะมีบางอย่างหายไป ยกตัวอย่างเช่น เมื่อวิธีการหนึ่งตรวจสอบแสงจากช่วงเริ่มแรกที่สุดของเอกภพ และอีกวิธีตรวจสอบสภาพในปัจจุบัน ก็อาจมีการเปลี่ยนแปลงใหญ่เกิดขึ้นในเอกภพในระหว่างนั้น สิ่งที่ดูเหมือนไม่สอดคล้องนี้ ได้กลายเป็นสิ่งที่เรียกว่า ความไม่ลงรอยฮับเบิล
กล้องเวบบ์เป็นเครื่องมือชิ้นใหม่ที่ทรงพลังเพื่อช่วยให้มองลึกขึ้นในอวกาศ Freedman และเพื่อนร่วมงานใช้เวบบ์เพื่อตรวจสอบกาแลคซีใกล้ๆ 10 แห่งเพื่อสร้างรากฐานสู่การตรวจสอบอัตราการขยายตัวของเอกภพ เพื่อตรวจสอบซึ่งกันและกัน พวกเขาใช้วิธีการที่แตกต่างกัน 3 อย่าง อย่างแรกคือใช้ดาวชนิดหนึ่งที่เรียกว่า แปรแสงเซเฟอิด(Cepheid variable star) ซึ่งเปลี่ยนแปลงความสว่างในแบบที่ทำนายได้
อย่างที่สองคือ ใช้ดาวมวลต่ำอายุมากชนิดหนึ่งซึ่งจะเกิดการลุกจ้าจากการหลอมฮีเลียมอย่างฉับพลันในแกนกลาง เมื่อไปถึงจุดสิ้นสุดของสถานะวิวัฒนาการยักษ์แดงของพวกมัน ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของสิ่งที่ที่เรียกว่า ยอดของกิ่งยักษ์แดง(Tip of the Red Giant Branch; TRGB) จากความจริงที่ว่า พวกมันจะมีความสว่างสูงที่สุดที่จำกัดค่าหนึ่ง และอย่างที่สามใช้ดาวชนิดที่เรียกว่า ดาวหดพองที่อุดมด้วยคาร์บอนชนิดพิเศษ(J-region asymptotic giant branch; JAGB) ซึ่งมีสีและความสว่างที่สอดคล้องกันในช่วงอินฟราเรดใกล้
Image credit quatamagazine.org
การวิเคราะห์ใหม่นี้จึงเป็นงานแรกที่ใช้วิธีการทั้งสามพร้อมๆ กันภายในกาแลคซีแห่งเดียวกัน ซึ่ง Freedman บอกว่าวิธีการสองอย่างหลังนั้นเที่ยงตรงกว่าการใช้เซเฟอิดส์ แต่ก็ยอมรับว่าไม่มีวิธีใดที่ดีที่สุดอย่างเด็ดขาด เซเฟอิดส์นั้นไม่ใช่เทียนมาตรฐานพื้นๆ มันซับซ้อน เธอกล่าว ในการวิเคราะห์ นักดาราศาสตร์ต้องปรับอุณหภูมิและปริมาณธาตุหนักของพวกมันให้ถูกต้องเสียก่อน
นอกจากนี้ เซเฟอิดส์ยังค่อนข้างอายุน้อย จึงมักพบในแขนกังหันฝุ่นฟุ้งที่เต็มไปด้วยดาวอย่างแออัดและในดิสก์ส่วนในของกาแลคซี ดังนั้นจะต้องเข้าใจบทบาทของฝุ่นที่ดูดกลืนคลื่นและความแออัด ซึ่งจะทำให้เซเฟอิดอาจปรากฏสว่างกว่าที่เป็นจริง เพราะแสงของมันผสมกับแสงจากดาวใกล้ๆ ด้วย ซึ่งต้องใช้ความละเอียดเชิงมุมของกล้องเพื่อแยกแยะ
ในขณะที่ดาว TRGB และ JAGB แม้จะมีความสว่างแท้จริงที่ต่ำกว่าเซเฟอิดส์ พบได้ในดิสก์ส่วนนอกและกลดรอบกาแลคซี การใช้ดาวเหล่านี้จะให้ค่าที่สอดคล้องกันและกันอย่างมาก ในขณะที่เซเฟอิดส์ดูจะให้ระยะทางที่สั้นกว่าและจึงให้ค่าคงที่ฮับเบิลที่สูงกว่า
สำหรับค่าคงที่ฮับเบิลที่ได้จาก TRGB อยู่ที่ 69.85 km/s/Mpc สำหรับดาวคาร์บอน ค่าอยู่ที่ 67.96 และเซเฟอิดส์ โดดไปที่ 72.05 แต่ช่วงความคลาดเคลื่อนของทั้งสามชนิดก็ยังซ้อนทับกันอยู่
ภาพดาวทีได้จากกล้องเวบบ์(ซ้ายมือ) จะคมชัดกว่าอย่างเห็นได้ชัดเมื่อเทียบกับภาพดาวดวงเดียวกันที่ได้จากกล้องฮับเบิล(ขวามือ)
ในแต่ละกรณี ค่าที่ได้แม้จะสูงแต่ก็อยู่ภายในช่วงความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้ กับค่าที่ได้จากไมโครเวฟพื้นหลัง 67.4 กิโลเมตรต่อวินาทีต่อเมกะพาร์เซค สำหรับเราแล้ว เมื่อการตรวจสอบจากดาวสามชนิดที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงนี้สอดคล้องกันเป็นอย่างดี ก็เป็นตัวบ่งชี้ว่าเราน่าจะกำลังมาถูกทาง Freedman กล่าว
การสำรวจในอนาคตด้วยเวบบ์จะเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งในการยืนยันหรือปฏิเสธความไม่ลงรอยฮับเบิล และประเมินนัยยะที่มีต่อเอกภพวิทยา Barry Modore ผู้เขียนร่วมจากสถาบันคาร์เนกี้เพื่อวิทยาศาสตร์
แหล่งข่าว phys.org : new analysis of Webb data measures universe expansion rate, finds there may not be a “Hubble tension”
skyandtelescope.com : loosening the Hubble tension
sciencealert.com : the biggest crisis in cosmology could finally have a solution
- 2
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
