ความไม่ลงรอยฮับเบิลมีอยู่จริง จาก time-delay cosmography
มีความไม่ลงรอยที่สำคัญและยังไม่ได้แก้ไขอย่างหนึ่งในเอกภพวิทยาเกี่ยวกับอัตราที่เอกภพกำลังขยายตัว และก็ไขปริศนานี้ก็อาจนำไปสู่ฟิสิกส์ใหม่ๆ นักดาราศาสตร์ยังคงหาหนทางใหม่ในการตรวจสอบการขยายตัวนี้เผื่อว่าอาจจะมีความผิดพลาดที่ไม่ทราบในข้อมูลจากตัวระบุที่ใช้กันมาอย่างต่อเนื่อง เช่น ซุปเปอร์โนวา
เมื่อเร็วๆ นี้ นักวิจัยซึ่งรวมถึงกลุ่มจากมหาวิทยาลัยโตเกียว ได้ตรวจสอบการขยายตัวของเอกภพโดยใช้เทคนิคที่ล้ำยุคและข้อมูลใหม่จากกล้องโทรทรรศน์ล่าสุด วิธีการได้ศึกษาวิถีที่แสงจากวัตถุที่ห่างไกลอย่างมากใช้เส้นทางมากมายเพื่อมาถึงเรา ความแตกต่างในแต่ละเส้นทางเหล่านี้ก็ยังปรับปรุงแบบจำลองสิ่งที่เกิดขึ้นในเอกภพวิทยาระดับที่ใหญ่ที่สุด ซึ่งรวมถึงการขยายตัวด้วย งานวิจัยเผยแพร่ใน Astronomy & Astrophysics
เอกภพนั้นมีขนาดที่ใหญ่และมันก็ใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ แต่มันใหญ่แค่ไหน เราเองก็ไม่ทราบ แต่เราทราบว่ามันกำลังขยายตัวเร็วแค่ไหน อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่เรื่องง่ายๆ เมื่อการขยายตัวดูจะเร็วขึ้นเมื่อเราสำรวจออกไปไกลมากขึ้น สำหรับระยะทางทุกๆ 3.3 ล้านปีแสง(หรือ 1 เมกะพาร์เซค; Mpc) จากเรา เราเห็นสรรพสิ่งที่ระยะทางดังกล่าวเคลื่อนออกห่างจากเราด้วยความเร็วที่เป็นค่าทวีคูณของ 73 กิโลเมตรต่อวินาที
พูดอีกอย่างก็คือ อัตราการขยายตัวของเอกภพอยู่ที่ 73 กิโลเมตรต่อวินาทีต่อเมกะพาร์เซค ซึ่งเรียกอีกชื่อว่าค่าคงที่ฮับเบิล(Hubble constant)
Hubble Constant ที่ได้จากหลากหลายวิธีการ ทั้งการตรวจสอบเอกภพใกล้เคียง และการทำนายจากสภาพเอกภพช่วงต้นที่เป็น ค่าที่ได้จากสองช่วงเวลาในเอกภพ กลับแตกต่างกันเกินความคลาดเคลื่อนที่มี สร้างความไม่ลงรอยฮับเบิล(Hubble tension)
มีหลายวิธีเพื่อใช้หาค่าคงที่ฮับเบิล แต่จนกระทั่งบัดนี้ ทั้งหมดก็พึ่งพาสิ่งที่เรียกว่า บันไดวัดระยะทาง(distance ladder) ซึ่งเป็นของแบบซุปเปอร์โนวาหรือดาวชนิดพิเศษที่เรียกว่า ดาวแปรแสงเซเฟอิด(Cepheid variable star) ซึ่งคิดกันว่าเข้าใจทั้งสองทางเป็นอย่างดี เช่น การมีอยู่แม้แต่ในกาแลคซีอื่นๆ ก็จะช่วยให้เราตรวจสอบเกี่ยวกับพวกมันได้อย่างเที่ยงตรง ซึ่งรวมถึงระยะทางด้วย
ด้วยการสำรวจสิ่งเหล่านี้มากพอมาหลายสิบปี ค่าคงที่ฮับเบิลก็จึงชัดเจนมากขึ้นเรื่อยๆ แต่ก็ยังมีความฉงนเกี่ยวกับวิธีการอยู่บ้าง ดังนั้น นักเอกภพวิทยาจึงยินดีที่มีการปรับปรุงค่า
ในรายงานล่าสุด ทีมนักดาราศาสตร์ซึ่งรวมถึง Kenneth Wong ผู้ช่วยศาสตราจารย์ และEric Paic นักวิจัยหลังปริญญาเอกจากศูนย์การวิจัยเพื่อเอกภพยุคต้น มหาวิทยาลัยโตเกียว ประสบความสำเร็จในการใช้วิธีการที่เรียกว่า time-delay cosmography ซึ่งพวกเขาเชื่อว่าสามารถปฏิเสธความคลุมเครือของบันไดวัดระยะทาง และน่าจะให้ผลในเอกภพวิทยาสาขาอื่นได้ด้วยเช่นกัน
เพื่อตรวจสอบค่าคงที่ฮับเบิลโดยใช้เวลาที่ล่าช้า คุณต้องการกาแลคซีขนาดใหญ่แห่งหนึ่งที่พื้นหน้าซึ่งทำหน้าที่เป็นเลนส์ได้ Wong กล่าว แรงโน้มถ่วงของเลนส์นี้จะหักเหแสงจากวัตถุที่ซ่อนอยู่เบื้องหลังมันไปรอบๆ มัน ดังนั้นเราจึงเห็นมันในสภาพบิดเบี้ยว นี่เป็นสิ่งที่เรียกว่าเลนส์ความโน้มถ่วง(gravitational lensing) ถ้าสภาวะเหมาะสม เราก็จะได้เห็นภาพบิดเบี้ยวหลายภาพ และแต่ละภาพก็ใช้เส้นทางที่แตกต่างกันเล็กน้อยเพื่อมาถึงเรา จึงใช้เวลาที่แตกต่างกันไปเล็กน้อยด้วย
ปรากฏการณ์เลนส์ความโน้มถ่วงได้สร้างพหุภาพขึ้นมา ซึ่งระยะเวลาการปรากฏภาพขึ้นอยู่กับเส้นทางที่แสงจากแหล่งที่พื้นหลังใช้เดินทางผ่าน "หุบเขา" แห่งความโน้มถ่วง ความแปรผันในระยะเวลาที่ภาพปรากฎสามารถใช้เพื่อตรวจสอบอัตราการขยายตัวของเอกภพได้
ด้วยการมองหาการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเหมือนๆ กันในภาพเหล่านั้นซึ่งเกิดในเวลาต่างกัน เราก็สามารถตรวจสอบเวลาที่แตกต่างกันที่ใช้เพื่อมาถึงเราล่าช้าได้ เมื่อผนวกข้อมูลนี้กับการประเมินการกระจายของมวลในกาแลคซีเลนส์ ซึ่งบิดเบนพวกมันก็จะช่วยให้เราได้คำนวณความเร่ง(acceleration) ของวัตถุที่ห่างไกลได้เที่ยงตรงมากขึ้น ค่าคงที่ฮับเบิลที่เราตรวจสอบได้นั้นอยู่ในพิสัยเดียวกับการประเมินค่าคงที่จากวิธีการอื่น
คุณอาจจะสงสัยว่าเพราะเหตุใดนักวิจัยจึงพยายามอย่างหนักกับแค่หาตัวเลขที่พวกเขาก็ทราบกันอยู่แล้ว นั่นเป็นสิ่งที่สำคัญอย่างยิ่งต่อการเข้าใจความเป็นมาของเอกภพซึ่งในตอนนี้ยังคงไม่แน่ชัด ค่าที่ 73 km/s/Mpc นั้นได้จากการสำรวจวัตถุที่อยู่ใกล้ๆ แต่อีกหนทางที่ใช้ตรวจสอบอัตราการขยายตัวของเอกภพ ก็ใช้ข้อมูลจากอดีตที่ห่างไกล โดยเฉพาะอย่างยิ่งการแผ่รังสีซึ่งพบอยู่ทั่วเอกภพซึ่งเหลือจากบิ๊กแบง ที่เรียกว่า ไมโครเวฟพื้นหลังเอกภพ(cosmic microwave background; CMB)
เมื่อนักวิจัยใช้ CMB เพื่อคำนวณค่าคงที่ฮับเบิล กลับได้ค่าที่ต่ำกว่าที่ 67 km/s/Mpc ความแตกต่างนี้ถูกเรียกว่า ความไม่ลงรอยฮับเบิล(Hubble tension) และงานของ Wong, Paic และเพื่อนร่วมงานช่วยระบุตัวตนของความไม่ลงรอยนี้ เมื่อยังมีข้อสงสัยว่ามันอาจเป็นสิ่งอื่นนอกเหนือจากข้อผิดพลาดในการทดสอบหรือไม่
ค่าที่ได้จากเวลาที่ล่าช้านี้อยู่ที่ 71.6 km/s/Mpc ความคลาดเคลื่อนอยู่ที่ +3.9 และ -3.3 ทำให้ค่าที่ได้สอดคล้องกับเทียนมาตรฐาน การตรวจสอบค่าคงที่ฮับเบิลของเรามีความสอดคล้องกับการสำรวจในยุคปัจจุบันอื่นๆ มากกว่า และสอดคล้องน้อยกว่ากับการสำรวจจากเอกภพยุคต้น นี่เป็นหลักฐานว่าความไม่ลงรอยฮับเบิลแท้จริงแล้วเกิดจากฟิสิกส์ที่แท้จริง และไม่ใช่แค่แหล่งความผิดพลาดที่ยังไม่ทราบที่มาในวิธีการต่างๆ Wong กล่าว
ระบบเลนส์ความโน้มถ่วงที่ใช้ในงานวิจัยนี้
การตรวจสอบของเรานั้นเป็นอิสระอย่างสมบูรณ์จากวิธีการอื่นๆ ทั้งเอกภพยุคต้นและยุคหลัง ดังนั้น ถ้ามีความคลาดเคลื่อนอย่างเป็นระบบอันใดในวิธีการเหล่านั้น เราก็ไม่น่าได้รับผลกระทบด้วย
เป้าหมายหลักของงานวิจัยนี้ก็เพื่อปรับปรุงวิธีการวิทยาของเรา และขณะนี้เราก็ต้องเพิ่มกลุ่มตัวอย่างเพื่อปรับปรุงความแม่นยำและหาทางจบความไม่ลงรอยฮับเบิลให้ได้ Paic กล่าว ในตอนนี้ ความแม่นยำของเราอยู่ที่ราว 4.5% และเพื่อที่จะระบุค่าคงที่ฮับเบิลจนถึงระดับที่ยืนยันได้ว่ามีความไม่ลงรอยฮับเบิลอยู่จริง เราต้องไปถึงความแม่นยำที่ 1-2%
ทีมเชื่อมั่นว่าจะได้ความแม่นยำระดับนั้น การศึกษาปัจจุบันใช้ระบบเลนส์ที่เกิดความล่าช้าของเวลา 8 แห่ง ซึ่งแต่ละแห่งก็มีเควซาร์(quasar; หลุมดำมวลมหาศาลที่กำลังสะสมก๊าซและฝุ่นอย่างคึกคักทำให้มันส่องสว่างมาก) ที่ห่างไกลอยู่ด้วย และข้อมูลใหม่จากกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินและในอวกาศล่าสุดซึ่งรวมถึงกล้องเวบบ์ด้วย ทีมอยากจะเพิ่มขนาดของกลุ่มตัวอย่าง เช่นเดียวกับปรับปรุงการตรวจสอบอื่นๆ และกำจัดความผิดพลาดในระบบที่ยังไม่รู้ออกไป
หนึ่งในแหล่งใหญ่ที่สุดของความคลาดเคลื่อนก็คือความจริงที่ว่าเรายังไม่ทราบแน่ชัดว่ามวลในกาแลคซีที่เป็นเลนส์มีการกระจายตัวอย่างไร โดยปกติจะสันนิษฐานว่ามวลเป็นไปตามคุณสมบัติแบบพื้นๆ บางอย่างที่สอดคล้องกับการสำรวจ แต่ก็ยากที่จะแน่ใจ และความคลาดเคลื่อนนี้ก็อาจส่งผลโดยตรงต่อค่าที่เราคำนวณ Wong กล่าว
ความไม่ลงรอยฮับเบิลนั้นสำคัญ เมื่อมันอาจชี้ไปถึงยุคใหม่ของเอกภพวิทยาซึ่งเผยให้เห็นฟิสิกส์ใหม่ๆ โครงการของเราเป็นผลจากความร่วมมือนานหลายศตวรรษระหว่างหอสังเกตการณ์กับนักวิจัยหลายแห่ง เน้นให้เห็นถึงความสำคัญของความร่วมมือระดับนานาชาติในด้านวิทยาศาสตร์
แหล่งข่าว phys.org : time-delay cosmography may enable a speed camera for the universe
iflscience.com : gravitational lenses confirm that something is still broken in the universe
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
