พบหลักฐานเพิ่มเติมสำหรับพลังงานมืด

เครดิตรูปภาพ: SDSS

นับตั้งแต่การค้นพบเมื่อหลายปีก่อนของพลังลึกลับที่เรียกว่าพลังงานมืดซึ่งดูเหมือนว่าจะเร่งจักรวาลนักดาราศาสตร์ได้ค้นหาหลักฐานเพิ่มเติมเพื่อสนับสนุนหรือลดทฤษฏีนี้ นักดาราศาสตร์จาก Sloan Digital Sky Survey ได้พบความผันผวนของรังสีพื้นหลังของจักรวาลที่ตรงกับอิทธิพลที่น่ารังเกียจของพลังงานมืด

นักวิทยาศาสตร์จาก Sloan Digital Sky Survey ประกาศการค้นพบหลักฐานทางกายภาพอิสระสำหรับการมีอยู่ของพลังงานมืด

นักวิจัยพบว่ามีพลังงานมืดโดยเชื่อมโยงกาแลคซีหลายล้านแห่งในการสำรวจ Sloan Digital Sky Survey (SDSS) และแผนที่อุณหภูมิพื้นหลังไมโครเวฟจักรวาลจากวิลกินสันโพรบ Anisotropy (WMAP) ของ NASA นักวิจัยพบ "เงา" ของพลังงานมืดในการแผ่รังสีคอสมิคโบราณซึ่งเป็นที่ระลึกของการแผ่รังสีความเย็นจากบิกแบง

ด้วยการรวมกันของผลลัพธ์จากการสำรวจท้องฟ้าขนาดใหญ่ทั้งสองนี้การค้นพบนี้ให้หลักฐานทางกายภาพเกี่ยวกับการมีอยู่ของพลังงานมืด ผลลัพธ์ที่เติมเต็มการทำงานก่อนหน้านี้เกี่ยวกับการเร่งความเร็วของเอกภพที่วัดจากซุปเปอร์โนวาไกลโพ้น การสังเกตการณ์จากการสังเกตการณ์บอลลูนของการแผ่รังสีเอกซ์เรย์ทางเอกภพและธรณีฟิสิกส์ (BOOMERANG) ของพื้นหลังไมโครเวฟจักรวาล (CMB) ก็เป็นส่วนหนึ่งของการค้นพบก่อนหน้านี้เช่นกัน

พลังงานมืดเป็นองค์ประกอบสำคัญของจักรวาลและเป็นหนึ่งในปริศนาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในวิทยาศาสตร์เป็นที่น่ารังเกียจมากกว่าแรงดึงดูด สิ่งนี้ทำให้การขยายตัวของเอกภพเร่งในทางตรงกันข้ามกับความดึงดูดของสสาร (และมืด) ธรรมดาซึ่งจะทำให้มันช้าลง

“ ในเอกภพแบนราบผลกระทบที่เรากำลังสังเกตจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อคุณมีจักรวาลที่มีพลังงานมืด” ดร. ไรอันสแครนตันนักวิจัยนำของแผนกฟิสิกส์และดาราศาสตร์ของมหาวิทยาลัยพิตต์สเบิร์กอธิบาย “ ถ้าเอกภพประกอบด้วยสสารและยังคงแบนอยู่เอฟเฟกต์นี้จะไม่มีอยู่จริง”

“ เมื่อโฟตอนจากไมโครเวฟพื้นหลังจักรวาล (CMB) เดินทางมาถึงเราจาก 380,000 ปีหลังจากบิกแบงพวกเขาสามารถสัมผัสกับกระบวนการทางกายภาพจำนวนมากรวมถึงเอฟเฟกต์ Sachs-Wolfe ผลกระทบนี้เป็นที่ประทับหรือเงาของพลังงานมืดบนไมโครเวฟ ผลยังวัดการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของพื้นหลังไมโครเวฟคอสมิคเนื่องจากผลของแรงโน้มถ่วงต่อพลังงานของโฟตอน” สแครนตันเสริม

การค้นพบนี้คือ“ การตรวจจับพลังงานมืดและการตรวจจับพลังงานมืดอื่น ๆ อย่างสมบูรณ์” ดร. บ็อบนิโคลผู้ร่วมงาน SDSS และศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัย Carnegie Mellon ในพิตต์สเบิร์กกล่าวเสริม Nichol เปรียบเสมือนเอฟเฟกต์ Sachs-Wolfe เพื่อมองคนที่ยืนอยู่หน้าหน้าต่างที่มีแดด:“ คุณแค่เห็นโครงร่างของพวกเขาและสามารถจดจำพวกเขาได้จากข้อมูลนี้ สัญญาณที่เราเห็นมีเค้าโครงที่ถูกต้อง (หรือเงา) ที่เราคาดหวังสำหรับพลังงานมืด” Nichol กล่าว

“ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสีของสัญญาณจะเหมือนกับสีของพื้นหลังไมโครเวฟคอสมิคพิสูจน์ว่ามันเป็นจักรวาลในกำเนิดและไม่ใช่การปนเปื้อนที่น่ารำคาญ” Nichol กล่าวเสริม

“ งานนี้ให้การยืนยันทางกายภาพว่าต้องการพลังงานมืดเพื่ออธิบายทั้งข้อมูล CMB และ SDSS พร้อมกันโดยไม่ขึ้นกับงานของซุปเปอร์โนวา การตรวจสอบกากบาทดังกล่าวมีความสำคัญในด้านวิทยาศาสตร์” จิมกันน์นักวิทยาศาสตร์โครงการของ SDSS และศาสตราจารย์ดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยปรินซ์ตันกล่าวเสริม

ดร. แอนดรูว์คอนนอลลี่แห่งมหาวิทยาลัยพิตต์สเบิร์กอธิบายว่าโฟตอนที่สตรีมมิ่งจากไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาลผ่านกาแลคซีและสสารมืดในระดับความเข้มข้นมากมาย เมื่อพวกเขาตกลงไปในบ่อความโน้มถ่วงพวกเขาจะได้รับพลังงาน (เช่นลูกบอลกลิ้งลงจากเนินเขา) เมื่อพวกเขาออกมาพวกเขาสูญเสียพลังงาน (เหมือนลูกบอลกลิ้งขึ้นเขา) ภาพที่ถ่ายจากไมโครเวฟจะกลายเป็นสีน้ำเงินมากขึ้น (เช่นมีพลังมากขึ้น) เมื่อตกไปที่ความเข้มข้นของซูเปอร์คลาวด์และจากนั้นจะกลายเป็นสีแดงมากขึ้น (เช่นมีพลังน้อยลง) ในขณะที่ปีนออกไป

“ ในเอกภพที่ประกอบด้วยสสารปกติเป็นส่วนใหญ่เราคาดว่าผลกระทบสุทธิของการเลื่อนสีแดงและสีน้ำเงินจะยกเลิก อย่างไรก็ตามในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาเราพบว่าสิ่งส่วนใหญ่ในเอกภพของเรานั้นผิดปกติเนื่องจากมันเป็นแรงดึงดูดมากกว่าที่จะดึงดูดความสนใจจากแรงโน้มถ่วง” อัลเบิร์ตสเต็บบินส์นักวิทยาศาสตร์จากศูนย์ดาราศาสตร์อวกาศนาซ่า สถาบัน. “ สิ่งที่ผิดปกตินี้เราเรียกว่าพลังงานมืด”

ผู้ทำงานร่วมกันของ SDSS Connolly กล่าวว่าหากความลึกของแรงโน้มถ่วงลดลงในขณะที่โฟตอนเคลื่อนที่ผ่านมันโฟตอนจะออกไปด้วยพลังงานที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อย “ ถ้าสิ่งนี้เป็นจริงเราก็คาดว่าจะเห็นว่าอุณหภูมิพื้นหลังไมโครเวฟคอสมิคนั้นร้อนกว่าเล็กน้อยในภูมิภาคที่มีกาแลคซีมากขึ้น นี่คือสิ่งที่เราค้นพบ”

สเต็บบินส์กล่าวเพิ่มเติมว่าการเปลี่ยนแปลงพลังงานสุทธิที่คาดว่าจะเกิดขึ้นจากการกระจุกตัวของมวลเพียงหนึ่งส่วนนั้นน้อยกว่าหนึ่งส่วนในล้านส่วนและนักวิจัยต้องดูกาแลคซีจำนวนมากก่อนที่จะคาดหวังว่าจะเห็นผลกระทบ เขาบอกว่าผลการวิจัยยืนยันว่าพลังงานมืดมีอยู่ในความเข้มข้นของมวลค่อนข้างน้อย: เพียง 100 ล้านปีแสงที่ซึ่งผลที่สังเกตไว้ก่อนหน้านี้พลังงานมืดอยู่ในระดับ 10 พันล้านปีแสง ลักษณะเฉพาะของข้อมูล SDSS คือความสามารถในการวัดระยะทางไปยังกาแลคซีทั้งหมดได้อย่างแม่นยำจากการวิเคราะห์ภาพถ่ายของ redshifts เชิงแสง “ ดังนั้นเราสามารถรับชมผลกระทบนี้ต่อการเติบโตของ CMB ในฐานะหน้าที่ของยุคของจักรวาล” คอนนอลลี่กล่าว “ ในที่สุดเราอาจสามารถกำหนดลักษณะของพลังงานมืดจากการตรวจวัดเช่นนี้แม้ว่าจะเป็นเพียงเล็กน้อยในอนาคต”

“ เพื่อให้ข้อสรุปว่าพลังงานมืดมีอยู่เราเพียงแค่สมมติว่าเอกภพไม่ได้โค้ง หลังจากผลลัพธ์ของ Probe Wilisons Microwave Anisotropy Probe เข้ามา (ในเดือนกุมภาพันธ์ 2003) นั่นเป็นสมมติฐานที่ได้รับการยอมรับเป็นอย่างดี” Scranton อธิบาย “ มันน่าตื่นเต้นมาก เราไม่รู้ว่าเราสามารถรับสัญญาณได้หรือไม่ดังนั้นเราจึงใช้เวลาทดสอบข้อมูลกับการปนเปื้อนจากกาแลคซีหรือจากแหล่งอื่น ๆ การได้ผลลัพธ์ออกมาแรงอย่างที่พวกเขาพอใจมาก ๆ ”

การค้นพบนี้ทำขึ้นในพื้นที่ 3,400 ตารางองศาของท้องฟ้าที่สำรวจโดย SDSS

“ การรวมกันของไมโครเวฟอวกาศและข้อมูลออพติคอลพื้นฐานทำให้เราได้หน้าต่างใหม่นี้เป็นคุณสมบัติของพลังงานมืด” David Spergel นักดาราศาสตร์วิทยาแห่งมหาวิทยาลัยปรินซ์ตันและสมาชิกของทีมวิทยาศาสตร์ WMAP กล่าว “ ด้วยการรวมข้อมูล WMAP และ SDSS เข้าด้วยกัน Scranton และผู้ทำงานร่วมกันของเขาได้แสดงให้เห็นว่าพลังงานมืดไม่ว่าจะเป็นอะไรก็เป็นสิ่งที่ไม่ดึงดูดความสนใจแม้ในสเกลใหญ่ที่สำรวจโดย Sloan Digital Sky Survey

“ นี่เป็นคำใบ้สำคัญสำหรับนักฟิสิกส์ที่พยายามเข้าใจพลังงานมืดลึกลับ” Spergel กล่าวเสริม

นอกจากนักวิจัยหลัก Scranton, Connolly, Nichol และ Stebbins, Istavan Szapudi จากมหาวิทยาลัยฮาวายก็มีส่วนร่วมในการวิจัย คนอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องในการวิเคราะห์ ได้แก่ Niayesh Afshordi ของมหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน, Max Tegmark แห่งมหาวิทยาลัยเพนซิลวาเนียและ Daniel Eisenstein จากมหาวิทยาลัยแอริโซนา

เกี่ยวกับการสำรวจ SKO SLOAN DIGITAL SKY (SDSS)
การสำรวจสโลนดิจิตอลสกาย (sdss.org) จะทำแผนที่รายละเอียดหนึ่งในสี่ของท้องฟ้าทั้งหมดในการกำหนดตำแหน่งและความสว่างสมบูรณ์ของวัตถุท้องฟ้า 100 ล้าน มันจะวัดระยะทางไปยังกาแลคซีและควาซาร์มากกว่าหนึ่งล้านแห่ง Astrophysical Research Consortium (ARC) ดำเนินการหอดูดาว Apache Point ซึ่งเป็นที่ตั้งของกล้องโทรทรรศน์ SDSS

SDSS เป็นโครงการความร่วมมือของ The University of Chicago, Fermilab, สถาบันการศึกษาขั้นสูง, กลุ่มการมีส่วนร่วมของญี่ปุ่น, มหาวิทยาลัย Johns Hopkins, ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Los Alamos, Max-Planck-Institute for Astronomy (MPIA), Max- พลังค์ - สถาบันฟิสิกส์ดาราศาสตร์ (MPA), มหาวิทยาลัยแห่งรัฐนิวเม็กซิโก, มหาวิทยาลัยพิตต์สเบิร์ก, มหาวิทยาลัยปรินซ์ตัน, หอดูดาวกองทัพเรือสหรัฐฯและมหาวิทยาลัยวอชิงตัน

มูลนิธิอัลเฟรดพี. สโลน, สถาบันที่เข้าร่วม, วิชาการการบินและอวกาศแห่งชาติ, มูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ, กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา, Monbukagakusho ญี่ปุ่นและ Max Planck Society

WILKINSON MICROWAVE ANISOTROPY PROBE (WMAP) เป็นภารกิจของนาซ่าที่สร้างขึ้นโดยความร่วมมือกับมหาวิทยาลัยพรินซ์ตันและศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ดเพื่อวัดอุณหภูมิของรังสีพื้นหลังของจักรวาลความร้อนที่เหลืออยู่จากบิกแบง ภารกิจ WMAP เผยให้เห็นสภาพที่เกิดขึ้นในเอกภพยุคแรกโดยการตรวจวัดคุณสมบัติของรังสีไมโครเวฟพื้นหลังคอสมิคทั่วทั้งท้องฟ้า (http://map.gsfc.nasa.gov)

แหล่งต้นฉบับ: ข่าว SDSS