ในปีพ. ศ. 2472 เอ็ดวินฮับเบิลเปลี่ยนความเข้าใจของเราเกี่ยวกับจักรวาลโดยแสดงให้เห็นว่าจักรวาลอยู่ในสภาพขยายตัว ในปี 1990 นักดาราศาสตร์ระบุว่าอัตราการขยายตัวนั้นเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วซึ่งจะนำไปสู่ทฤษฎีของ "พลังงานมืด" ตั้งแต่เวลานั้นนักดาราศาสตร์และนักฟิสิกส์ได้พยายามที่จะตรวจสอบการมีอยู่ของกองกำลังนี้โดยการวัดอิทธิพลที่มีต่อจักรวาล
ความพยายามล่าสุดเหล่านี้มาจาก Sloan Digital Sky Survey III (SDSS III) ซึ่งทีมนักวิจัยนานาชาติได้ประกาศว่าพวกเขาเสร็จสิ้นการสร้างการวัดที่แม่นยำที่สุดของจักรวาลจนถึงปัจจุบัน การสำรวจของพวกมันนั้นเรียกว่า Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) ทำให้ข้อ จำกัด ใหม่เกี่ยวกับคุณสมบัติของพลังงานมืด
การตรวจวัดใหม่ถูกนำเสนอโดย Daniel Eisenstein นักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดในการประชุมล่าสุดของสมาคมดาราศาสตร์อเมริกัน ในฐานะผู้อำนวยการของ Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III) เขาและทีมของเขาใช้เวลาสิบปีที่ผ่านมาในการตรวจวัดจักรวาลและการผันผวนเป็นระยะในความหนาแน่นของสสารปกติเพื่อดูว่ากาแลคซีกระจายไปทั่วจักรวาลอย่างไร
และหลังจากทศวรรษของการวิจัยทีม BOSS ก็สามารถสร้างแผนที่สามมิติของจักรวาลที่ครอบคลุมกว่าหกพันล้านปีแสง และในขณะที่การสำรวจล่าสุดอื่น ๆ ได้มองไกลออกไปไกลถึง 9 และ 13 พันล้านปีแสง - แผนที่ BOSS นั้นมีความเป็นเอกลักษณ์ซึ่งมันมีความแม่นยำสูงสุดของแผนที่จักรวาลใด ๆ
ในความเป็นจริงทีม BOSS สามารถวัดการกระจายตัวของกาแลคซีในจักรวาลและในระยะทาง 6 พันล้านปีแสงภายใต้ข้อผิดพลาด 1% ที่ไม่คาดคิด การกำหนดลักษณะของวัตถุในระยะทางไกล ๆ นั้นไม่ใช่เรื่องง่ายเนื่องจากผลของความสัมพันธ์ ดังที่ดร. ไอเซนสไตน์บอกกับนิตยสาร Space ผ่านอีเมล:
“ ระยะทางเป็นความท้าทายอันยาวนานในด้านดาราศาสตร์ ในขณะที่มนุษย์มักจะตัดสินระยะทางได้เนื่องจากการมองเห็นด้วยตาเปล่าของเรากาแล็กซีที่อยู่นอกทางช้างเผือกนั้นไกลเกินกว่าที่จะใช้ และเนื่องจากกาแลคซีมาในขนาดที่กว้างมากมันจึงยากที่จะตัดสินระยะห่างของมัน มันเหมือนกับมองไปที่ภูเขาไกล ๆ การตัดสินระยะทางของผู้เรียนนั้นขึ้นอยู่กับการตัดสินความสูงของผู้นั้น”
ในอดีตนักดาราศาสตร์ทำการตรวจวัดวัตถุในจักรวาลท้องถิ่นอย่างแม่นยำ (เช่นดาวเคราะห์ดาวฤกษ์ใกล้เคียงกระจุกดาว) โดยอาศัยทุกสิ่งตั้งแต่เรดาร์ไปจนถึงเรดชิฟต์ - ระดับที่ความยาวคลื่นของแสงเปลี่ยนไปทางปลายแดง คลื่นความถี่. อย่างไรก็ตามระยะทางของวัตถุยิ่งมากเท่าไหร่ระดับความไม่แน่นอนก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น
และจนถึงขณะนี้มีเพียงวัตถุที่อยู่ห่างจากโลกไม่กี่พันปีแสง - เช่นภายในกาแลคซีทางช้างเผือก - ได้วัดระยะทางไว้ที่ข้อผิดพลาดหนึ่งเปอร์เซ็นต์ ในฐานะที่เป็นโครงการที่ใหญ่ที่สุดในสี่โครงการที่ทำขึ้นโดย Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III) สิ่งที่ทำให้ BOSS แตกต่างจากข้อเท็จจริงที่ว่ามันอาศัยหลักในการวัดสิ่งที่เรียกว่า "baryon acoustic oscillations" (BAOs)
สิ่งเหล่านี้เป็นระลอกคลื่นเป็นระยะที่ละเอียดอ่อนในการกระจายสสาร baryonic ที่มองเห็นได้ (เช่นปกติ) ในจักรวาล Daniel Eisenstein อธิบาย:
“ BOSS วัดการขยายตัวของจักรวาลในสองวิธีหลัก สิ่งแรกคือโดยใช้ baryon acoustic oscillations (ดังนั้นชื่อของแบบสำรวจ) คลื่นเสียงที่เดินทางใน 400,000 ปีแรกหลังจากบิ๊กแบงสร้างสเกลที่ต้องการสำหรับการแยกกาแลคซีคู่ ด้วยการวัดการแยกที่ต้องการนี้ในตัวอย่างของกาแลคซีหลายแห่งเราสามารถอนุมานระยะทางจากตัวอย่างได้
“ วิธีที่สองคือการวัดว่าการกระจุกของกาแลคซีแตกต่างกันอย่างไรระหว่างคู่ที่มุ่งเน้นไปตามแนวสายตาเมื่อเทียบกับแนวขวางกับแนวสายตา การขยายตัวของเอกภพสามารถทำให้การกระจุกนี้เป็นแบบไม่สมมาตรได้หากใช้ประวัติการขยายที่ไม่ถูกต้องเมื่อแปลง Redshifts ไปเป็นระยะทาง”
ด้วยการวัดระยะทางที่แม่นยำและใหม่เหล่านี้นักดาราศาสตร์ของ BOSS จะสามารถศึกษาอิทธิพลของ Dark Matter ได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น “ แบบจำลองพลังงานมืดที่แตกต่างกันนั้นแตกต่างกันไปตามการเร่งความเร็วของการขยายตัวของเอกภพเมื่อเวลาผ่านไป” ไอเซนสไตน์กล่าว “ BOSS กำลังวัดประวัติการขยายตัวซึ่งทำให้เราสามารถสรุปอัตราเร่งได้ เราพบผลลัพธ์ที่มีความสอดคล้องสูงกับการทำนายแบบจำลองค่าคงที่ทางจักรวาลนั่นคือแบบจำลองที่พลังงานมืดมีความหนาแน่นคงที่ตลอดเวลา”
นอกเหนือจากการวัดการกระจายของสสารปกติเพื่อพิจารณาอิทธิพลของพลังงานมืดแล้วการทำงานร่วมกันของ SDSS-III กำลังทำงานเพื่อทำแผนที่ทางช้างเผือกและค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบ การวัด BOSS มีรายละเอียดในชุดบทความที่ส่งไปยังวารสารโดยการทำงานร่วมกันของ BOSS เมื่อเดือนที่แล้วซึ่งทั้งหมดนี้มีให้ทางออนไลน์แล้ว
และ BOSS ไม่ใช่ความพยายามเพียงอย่างเดียวในการทำความเข้าใจโครงสร้างขนาดใหญ่ของจักรวาลของเราและวิธีการที่กองกำลังลึกลับทั้งหมดได้สร้างมันขึ้นมา เมื่อเดือนที่แล้วศาสตราจารย์สตีเฟ่นฮอว์คิงประกาศว่าศูนย์ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ COSMOS ที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์กำลังสร้างแผนที่ 3 มิติที่มีรายละเอียดมากที่สุดของจักรวาลจนถึงปัจจุบัน
อาศัยข้อมูลที่ได้จากข้อมูล CMB ที่ได้รับจากดาวเทียมพลังค์ของ ESA และข้อมูลจากการสำรวจพลังงานมืดพวกเขาหวังที่จะวัดอิทธิพลที่พลังงานมืดมีต่อการกระจายของสสารในจักรวาลของเรา ใครจะรู้? ในเวลาไม่กี่ปีที่ผ่านมาเราอาจจะเข้าใจดีว่ากองกำลังพื้นฐานทั้งหมดที่ปกครองจักรวาลทำงานร่วมกันอย่างไร
