เมื่อพูดถึงความแม่นยำทุกคนมุ่งมั่นเป็นร้อยเปอร์เซ็นต์ แต่การวัดระยะทางในอวกาศทำให้โอกาสเพิ่มขึ้นเล็กน้อย ไม่กี่วันที่ผ่านมานักวิจัยจาก Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) ประกาศให้โลกรู้ว่าพวกเขาสามารถวัดระยะทางไปยังกาแลคซีซึ่งอยู่ห่างออกไปหกพันล้านปีแสงสู่ระดับความเชื่อมั่นเพียงร้อยละหนึ่ง หากการประกาศนี้ไม่น่าตื่นเต้นลองคิดดูว่าการศึกษาอื่น ๆ นั้นมีความหมายอย่างไร การวัดใหม่เหล่านี้ให้พารามิเตอร์กับคุณสมบัติของ“ พลังงานมืด” ที่แพร่หลาย - แหล่งที่มาของการขยายตัวสากล
David Schlegel นักฟิสิกส์จากห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอเรนซ์เบิร์กลีย์ (LBNL) และผู้ตรวจสอบหลักของ BOSS กล่าวว่ามีหลายสิ่งในชีวิตประจำวันของเราที่เรารู้ถึงความแม่นยำไม่ถึงร้อยละ “ ตอนนี้ฉันรู้ขนาดของจักรวาลดีกว่าฉันรู้ขนาดของบ้านของฉัน”
การค้นพบของทีมวิจัยถูกนำเสนอในที่ประชุมสมาคมดาราศาสตร์อเมริกันโดยนักดาราศาสตร์มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด Daniel Eisenstein ผู้อำนวยการ Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III) ซึ่งเป็นองค์กรระดับโลกซึ่งรวมถึง BOSS พวกเขามีรายละเอียดในชุดของบทความที่ส่งไปยังวารสารโดยการทำงานร่วมกันของ BOSS เมื่อเดือนที่แล้วซึ่งทั้งหมดนี้มีให้ในรูปแบบออนไลน์
“ การกำหนดระยะทางเป็นความท้าทายพื้นฐานของดาราศาสตร์” ไอเซนสไตน์กล่าว “ คุณเห็นบางสิ่งบนท้องฟ้า - มันอยู่ไกลแค่ไหน? เมื่อคุณรู้ว่ามันอยู่ไกลแค่ไหนการเรียนรู้ทุกอย่างเกี่ยวกับเรื่องนี้นั้นง่ายกว่ามาก”
เมื่อพูดถึงการวัดระยะทางในอวกาศนักดาราศาสตร์ได้ใช้วิธีการมากมาย ในการวัดระยะทางไปยังดาวเคราะห์ได้สำเร็จโดยใช้เรดาร์ แต่มันมีข้อ จำกัด และการขึ้นสู่อวกาศหมายถึงวิธีการที่ไม่ตรง แม้ว่าพวกเขาจะได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีความแม่นยำอย่างน่าอัศจรรย์ แต่ก็ยังมีปัจจัยความไม่แน่นอนที่เกี่ยวข้องซึ่งเป็นสิ่งที่แสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ ตัวอย่างเช่นหากคุณต้องวัดระยะทางจากวัตถุที่อยู่ห่างออกไป 200 ไมล์ภายในมูลค่าที่แท้จริง 2 ไมล์คุณจะวัดได้ด้วยความแม่นยำ 1% มีดาวเพียงไม่กี่ร้อยดวงและกระจุกดาวจำนวนหนึ่งอยู่ใกล้พอที่จะทำนายระยะทางได้อย่างแม่นยำ พวกมันอาศัยอยู่ในทางช้างเผือกและห่างออกไปเพียงไม่กี่พันปีแสง BOSS นำมันไปสู่จุดสูงสุด ... การวัดของมันเหนือกว่ากาแลคซีของเรามากกว่าหนึ่งล้านครั้งและทำแผนที่จักรวาลด้วยความแม่นยำที่ไม่มีใครเทียบ
ต้องขอบคุณการวัดระยะทางที่แม่นยำและใหม่เหล่านี้นักดาราศาสตร์ของ BOSS กำลังสร้างความก้าวหน้าในด้านพลังงานมืด “ เรายังไม่เข้าใจว่าพลังงานมืดคืออะไร” ไอเซนสไตน์อธิบาย“ แต่เราสามารถวัดคุณสมบัติของมันได้ จากนั้นเราเปรียบเทียบค่าเหล่านั้นกับสิ่งที่เราคาดหวังว่าจะเป็นเพราะเราเข้าใจจักรวาลในปัจจุบัน ยิ่งการวัดของเราดีขึ้นเท่าไหร่เราก็สามารถเรียนรู้ได้มากขึ้นเท่านั้น”
มันเป็นยังไงบ้าง? เพื่อให้ได้การตรวจวัดเพียงร้อยละหนึ่งที่หกพันล้านปีแสงนั้นไม่ง่ายเท่ากับการวัดวัตถุในระบบสุริยะ นั่นคือสิ่งที่ BOSS เข้ามาเล่น มันเป็นโครงการที่ใหญ่ที่สุดในสี่โครงการที่ทำขึ้นโดย Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III) และถูกสร้างขึ้นเพื่อใช้ประโยชน์จากเทคนิคนี้: การวัดที่เรียกว่า "baryon acoustic oscillations" (BAOs) ระลอกคลื่นย่อย ๆ ใน การกระจายตัวของกาแลคซีในจักรวาล ระลอกคลื่นเหล่านี้เป็นลายเซ็นของคลื่นความดันซึ่งครั้งหนึ่งเคยแล่นในเอกภพยุคแรกในเวลาที่สิ่งต่าง ๆ ร้อนและหนาแน่นจนโฟตอนเดินไปพร้อมกับแบริออนซึ่งเป็นสิ่งที่สร้างนิวเคลียสของอะตอม เนื่องจากทราบขนาดของระลอกคลื่นจึงสามารถวัดขนาดนั้นได้ด้วยการทำแผนที่กาแลคซี
แอชลีย์รอสนักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยพอร์ตสมั ธ กล่าวว่าด้วยการวัดกาแลคซีเหล่านี้ธรรมชาติทำให้เรามีผู้ปกครองที่สวยงาม “ ไม้บรรทัดมีความยาวครึ่งพันล้านปีแสงดังนั้นเราสามารถใช้มันเพื่อวัดระยะทางได้อย่างแม่นยำแม้จากที่ไกลมาก
ด้วยการใช้เครื่องมือพิเศษที่สามารถตรวจวัดรายละเอียดของกาแลคซีได้ครั้งละหนึ่งพัน BOSS ได้เผชิญกับความท้าทายครั้งใหญ่ - ทำแผนที่สถานที่ตั้งของกาแลคซีมากกว่าล้านแห่ง “ ในคืนที่ชัดเจนเมื่อทุกอย่างเป็นไปอย่างสมบูรณ์แบบเราสามารถเพิ่มกาแลคซีและควาซาร์มากกว่า 8000 แห่งลงในแผนที่ได้” Kaike Pan ผู้ซึ่งนำทีมผู้สังเกตการณ์ที่กล้องโทรทรรศน์ Sloan Foundation ขนาด 2.5 เมตรที่หอสังเกตการณ์ Apache Point ใน ใหม่เม็กซิโก
แม้ว่าทีมวิจัยของ BOSS จะแสดงแผนที่กาแลคซียุคแรกและการตรวจวัด BAO เมื่อต้นปีที่ผ่านมา แต่ข้อมูลใหม่นี้ครอบคลุมพื้นที่มากเป็นสองเท่าและให้การวัดที่แม่นยำยิ่งขึ้นรวมถึงแผนที่กาแลคซีใกล้เคียง “ การตรวจวัดเหล่านี้ในระยะทางที่แตกต่างกันทำให้เราเห็นว่าการขยายตัวของเอกภพเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลาอย่างไรซึ่งจะช่วยให้เราเข้าใจว่าทำไมมันถึงเร่งขึ้น” Rita Tojeiro นักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยพอร์ตสมั ธ คณะทำงานพร้อมกับ Jeremy Tinker จาก New York University
นอกจากนี้ยังทำการศึกษาที่คล้ายกันคือ Mariana Vargas-Magana นักวิจัยหลังปริญญาเอกที่ Carnegie Mellon University เพื่อเพิ่มความแม่นยำยิ่งขึ้นเธอได้ศึกษาถึงเอฟเฟ็กต์ที่ละเอียดอ่อนซึ่งอาจส่งผลต่อการวัด BOSS “ เมื่อคุณพยายามที่จะไปถึงร้อยละหนึ่งคุณจะต้องหวาดระแวงเกี่ยวกับทุกสิ่งที่อาจผิดไปเล็กน้อย” วาร์กัส - มากาน่ากล่าว - ตัวอย่างความแตกต่างเล็กน้อยในวิธีการระบุกาแลคซีอาจถูกโยนออกไปจากการตรวจวัดทั้งหมด การกระจายดังนั้นส่วนต่าง ๆ ของท้องฟ้าจะต้องมีการตรวจสอบอย่างรอบคอบ “ โชคดี” วาร์กัส - มากาน่ากล่าว“ มีคนมากมายในทีมของเราที่จะตรวจสอบสมมติฐานของเรา เมื่อถึงเวลาที่ทุกคนพอใจเรามั่นใจว่าเราจะไม่พลาดทุกสิ่ง”
ในปัจจุบันการค้นพบ BOSS ใหม่เหล่านี้ดูเหมือนจะสอดคล้องกับสิ่งที่เราคิดว่าเป็นพลังงานมืดซึ่งเป็นค่าคงที่ที่พบตลอดประวัติศาสตร์ของจักรวาล ตามข่าวประชาสัมพันธ์“ ค่าคงที่เอกภพ” นี้เป็นหนึ่งในหกตัวเลขที่จำเป็นในการสร้างแบบจำลองที่สอดคล้องกับขนาดและโครงสร้างของจักรวาล Schlegel เปรียบเทียบรุ่นหกจำนวนนี้กับบานกระจกซึ่งยึดด้วยสลักเกลียวที่แสดงถึงการวัดที่แตกต่างกันของประวัติศาสตร์ของจักรวาล “ ตอนนี้ BOSS มีหนึ่งในสกรูที่แน่นที่สุดและเราเพิ่งให้ครึ่งเทิร์นอีกครั้ง” Schlegel กล่าว “ ทุกครั้งที่คุณเพิ่มความตึงเครียดและกระจกไม่แตกนั่นก็เป็นความสำเร็จของแบบจำลอง”
แหล่งที่มาของเรื่องดั้งเดิม: สโลน Digital Sky Survey III ข่าวประชาสัมพันธ์ สำหรับการอ่านเพิ่มเติม: Max Planck Institute News Release.
