Don Lincoln เป็นนักวิทยาศาสตร์อาวุโสที่ Fermilab ของกระทรวงพลังงานสหรัฐซึ่งเป็นสถาบันวิจัย Large Hadron Collider ที่ใหญ่ที่สุดของประเทศ เขายังเขียนเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์สำหรับสาธารณชนรวมถึงเรื่องล่าสุดของเขาด้วยLarge Hadron Collider: เรื่องราวพิเศษของ Higgs Boson และสิ่งอื่น ๆ ที่จะทำให้คุณทึ่ง"(Johns Hopkins University Press, 2014). คุณสามารถติดตามเขาได้Facebook. ลินคอล์นมีส่วนในบทความนี้เพื่อวิทยาศาสตร์สดExpert Voices: Op-Ed & Insights.
ตราบใดที่เรายังมีการบันทึกไว้มนุษยชาติก็ประหลาดใจในท้องฟ้ายามค่ำคืน เราได้ดูสวรรค์เพื่อตัดสินน้ำพระทัยของพระเจ้าและสงสัยเกี่ยวกับความหมายของมันทั้งหมด ดาวเพียง 5,000 ดวงที่เราเห็นด้วยตาเปล่านั้นเป็นสหายของมนุษยชาติมานับพันปี
สิ่งอำนวยความสะดวกทางดาราศาสตร์สมัยใหม่แสดงให้เราเห็นว่าเอกภพไม่ได้ประกอบด้วยดาวฤกษ์เพียงพันดวงเท่านั้นมันประกอบด้วยดาวหลายร้อยพันล้านดวงในกาแลคซีของเราเพียงลำพังพร้อมกาแลคซีหลายล้านล้านแห่ง หอสังเกตการณ์สอนเราเกี่ยวกับการกำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล และในวันที่ 3 สิงหาคมโรงงานแห่งใหม่ได้ทำการประกาศครั้งแรกและได้เพิ่มความเข้าใจเกี่ยวกับจักรวาล มันช่วยให้เราเห็นสิ่งที่ไม่น่าดูและมันแสดงให้เห็นว่าการกระจายของสสารในเอกภพแตกต่างกันเล็กน้อยจากความคาดหวัง
การสำรวจพลังงานมืด (DES) เป็นการทำงานร่วมกันของนักวิทยาศาสตร์ประมาณ 400 คนที่ลงมือปฏิบัติภารกิจห้าปีเพื่อศึกษากาแลคซีไกลโพ้นเพื่อตอบคำถามเกี่ยวกับประวัติศาสตร์ของจักรวาล ใช้กล้องพลังงานมืด (DEC) ติดกับกล้องโทรทรรศน์ 4 เมตร Victor M. Blanco ที่หอดูดาว Cerro Tololo Inter-American ในชิลี Andes ธันวาคมถูกรวมตัวกันในสหรัฐอเมริกาที่ Fermilab ใกล้ Batavia, Illinois และเป็นกล้องขนาด 570 ล้านพิกเซลที่สามารถถ่ายภาพกาแลคซีได้ไกลจนแสงของพวกมันส่องสว่างเป็นล้านเท่าดาวฤกษ์ที่มองเห็นได้สลัวที่สุด
พลังงานมืดและสสารมืด
DES กำลังตามล่าหาพลังงานมืดซึ่งเป็นแหล่งพลังงานที่เสนอในเอกภพที่เป็นรูปแบบของแรงโน้มถ่วงที่น่ารังเกียจ ในขณะที่แรงดึงดูดดึงดูดความสนใจที่ไม่อาจต้านทานได้พลังงานมืดผลักจักรวาลให้ขยายตัวในอัตราที่เพิ่มมากขึ้น ผลของมันถูกพบครั้งแรกในปี 1998 และเรายังคงมีคำถามมากมายเกี่ยวกับธรรมชาติของมัน
อย่างไรก็ตามด้วยการวัดตำแหน่งและระยะทางของกาแลคซี 300 ล้านแห่งในท้องฟ้ายามค่ำคืนตอนใต้การสำรวจจะสามารถสร้างแถลงการณ์ที่สำคัญเกี่ยวกับความลึกลับทางดาราศาสตร์อีกอันหนึ่งเรียกว่าสสารมืด สสารมืดคิดว่ามีความแพร่หลายในจักรวาลมากกว่าสสารทั่วไปถึงห้าเท่า แต่มันก็ไม่ได้ทำปฏิกิริยากับแสงคลื่นวิทยุหรือพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าในรูปแบบใด ๆ และดูเหมือนว่าจะไม่รวมตัวกันเพื่อก่อร่างวัตถุขนาดใหญ่เช่นดาวเคราะห์และดวงดาว
ไม่มีทางที่จะเห็นสสารมืดโดยตรง (ดังนั้นชื่อ) อย่างไรก็ตามผลกระทบของมันสามารถมองเห็นได้ทางอ้อมโดยการวิเคราะห์ว่ากาแลคซีหมุนเร็วแค่ไหน หากคุณคำนวณความเร็วในการหมุนที่รองรับโดยมวลที่มองเห็นได้ของกาแลคซีคุณจะค้นพบว่าพวกมันหมุนเร็วกว่าที่ควรจะเป็น โดยสิทธิทั้งหมดกาแลคซีเหล่านี้ควรถูกแยกออกจากกัน หลังจากการวิจัยมานานหลายทศวรรษนักดาราศาสตร์สรุปว่ากาแลคซีแต่ละแห่งมีสสารมืดซึ่งสร้างแรงโน้มถ่วงเพิ่มเติมที่รวมกาแลคซีเข้าด้วยกัน
สสารมืดในจักรวาล
อย่างไรก็ตามในระดับที่ใหญ่กว่าของจักรวาลการศึกษากาแลคซีแต่ละแห่งนั้นไม่เพียงพอ จำเป็นต้องใช้วิธีการอื่น สำหรับสิ่งนั้นนักดาราศาสตร์จะต้องใช้เทคนิคที่เรียกว่าเลนส์ความโน้มถ่วง
เลนส์คาดการณ์ความโน้มถ่วงถูกทำนายในปี 1916 โดย Albert Einstein และเป็นครั้งแรกโดย Sir Arthur Eddington ในปี 1919 ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein กล่าวว่าแรงโน้มถ่วงที่เราพบนั้นเกิดจากความโค้งของอวกาศ - เวลา เนื่องจากแสงเดินทางเป็นเส้นตรงผ่านอวกาศถ้าเวลาอวกาศโค้งมันจะมองไปที่ผู้สังเกตการณ์ราวกับว่าแสงกำลังเดินทางเป็นเส้นทางโค้งผ่านอวกาศ
ปรากฏการณ์นี้สามารถถูกควบคุมเพื่อศึกษาปริมาณและการกระจายของสสารมืดในจักรวาล นักวิทยาศาสตร์ที่มองดูกาแลคซีไกลโพ้น (เรียกว่ากาแลคซีเลนส์) ซึ่งมีกาแลคซีอีกแห่งหนึ่งที่อยู่ไกลออกไปด้านหลัง (เรียกว่ากาแลคซีที่สังเกต) สามารถมองเห็นภาพบิดเบี้ยวของกาแลคซีที่สังเกตได้ การบิดเบี้ยวเกี่ยวข้องกับมวลของกาแลคซีเลนส์ เนื่องจากมวลของกาแล็กซี lensing เป็นการรวมกันของสสารที่มองเห็นและสสารมืดการสร้างเลนส์ความโน้มถ่วงช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถสังเกตการมีอยู่และการกระจายของสสารมืดบนสเกลใหญ่เท่าจักรวาล เทคนิคนี้ยังใช้งานได้เมื่อกลุ่มกาแลคซีด้านหน้าส่วนใหญ่บิดเบือนภาพของกระจุกกาแลคซีไกลโพ้นมากยิ่งขึ้นซึ่งเป็นเทคนิคที่ใช้สำหรับการตรวจวัดนี้
เป็นก้อนหรือไม่?
ความร่วมมือ DES เพิ่งเปิดตัวการวิเคราะห์โดยใช้เทคนิคนี้ ทีมสำรวจตัวอย่างกาแลคซีจำนวน 26 ล้านดวงในระยะทางที่แตกต่างกันสี่แห่งจากโลก กาแล็กซีที่อยู่ใกล้ยิ่งกว่านั้นก็จะมีเลนส์ที่อยู่ไกลออกไป ด้วยการใช้เทคนิคนี้และดูการบิดเบือนภาพของกาแลคซีทั้งหมดอย่างระมัดระวังพวกเขาสามารถทำแผนที่การกระจายของสสารมืดที่มองไม่เห็นและวิธีที่มันเคลื่อนที่และจับกันเป็นก้อนในช่วง 7 พันล้านปีที่ผ่านมาหรือครึ่งชีวิตของ จักรวาล.
ตามที่คาดไว้พวกเขาพบว่าสสารมืดของจักรวาลนั้นเป็น "ก้อน" อย่างไรก็ตามมีความประหลาดใจ - มันเป็นก้อนน้อยกว่าการวัดก่อนหน้านี้ได้คาดการณ์ไว้
หนึ่งในการวัดที่ขัดแย้งเหล่านี้มาจากสัญญาณวิทยุส่วนที่เหลือจากครั้งแรกหลังจากบิ๊กแบงเรียกว่าพื้นหลังไมโครเวฟคอสมิค (CMB) CMB มีการกระจายพลังงานในจักรวาลเมื่อมันมีอายุ 380,000 ปี ในปี 1998 การทำงานร่วมกันของ Cosmic Background Explorer (COBE) ประกาศว่า CMB ไม่เหมือนกันอย่างสมบูรณ์ แต่มีจุดร้อนและเย็นที่แตกต่างจากเครื่องแบบ 1 ส่วนใน 100,000 Wilisson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) และ Planck ดาวเทียมได้รับการยืนยันและปรับแต่งการวัด COBE
ตลอดระยะเวลากว่า 7 พันล้านปีที่ผ่านมาเมื่อ CMB ถูกปล่อยออกมาและช่วงเวลาที่ศึกษาโดย DES พื้นที่อันร้อนแรงของเอกภพเหล่านั้นได้ก่อให้เกิดโครงสร้างของจักรวาล การกระจายพลังงานที่ไม่เป็นรูปแบบจับใน CMB รวมกับแรงขยายแรงโน้มถ่วงทำให้บางจุดในจักรวาลกลายเป็นทึบและอื่น ๆ น้อยดังนั้น ผลที่ได้คือจักรวาลที่เราเห็นรอบตัวเรา
CMB ทำนายการกระจายตัวของสสารมืดด้วยเหตุผลง่ายๆ: การกระจายของสสารในจักรวาลของเราในปัจจุบันขึ้นอยู่กับการกระจายตัวของมันในอดีต ท้ายที่สุดถ้ามีกลุ่มของเรื่องในอดีตเรื่องนั้นจะดึงดูดเรื่องใกล้เคียงและกลุ่มจะเติบโต ในทำนองเดียวกันถ้าเราจะฉายในอนาคตอันห่างไกลการกระจายของเรื่องในวันนี้จะส่งผลต่อวันพรุ่งนี้ด้วยเหตุผลเดียวกัน
ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงใช้การวัด CMB ที่ 380,000 ปีหลังจากบิกแบงเพื่อคำนวณว่าเอกภพควรมีลักษณะอย่างไรใน 7 พันล้านปีต่อมา เมื่อพวกเขาเปรียบเทียบการทำนายกับการวัดจาก DES พวกเขาพบว่าการวัด DES นั้นมีก้อนน้อยกว่าการทำนาย
รูปภาพไม่สมบูรณ์
นั่นเป็นเรื่องใหญ่หรือไม่? อาจจะ. ความไม่แน่นอนหรือข้อผิดพลาดในการวัดทั้งสองมีขนาดใหญ่พอที่จะหมายความว่าพวกเขาไม่เห็นด้วยอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ หมายความว่าไม่มีใครสามารถมั่นใจได้ว่าการวัดทั้งสองไม่เห็นด้วยจริงๆ อาจเป็นเพราะความคลาดเคลื่อนเกิดขึ้นโดยบังเอิญจากความผันผวนทางสถิติในข้อมูลหรือผลกระทบของเครื่องมือขนาดเล็กที่ไม่ได้รับการพิจารณา
แม้ผู้เขียนการศึกษาจะแนะนำให้ระมัดระวังที่นี่ การวัด DES ยังไม่ได้รับการตรวจสอบโดยเพื่อน มีการส่งเอกสารเพื่อเผยแพร่และนำเสนอผลการประชุม แต่ข้อสรุปของ บริษัท ควรรอจนกว่ารายงานผู้ตัดสินจะเข้ามา
อนาคตคืออะไร DES มีภารกิจห้าปีซึ่งข้อมูลสี่ปีถูกบันทึกไว้ ผลลัพธ์ที่เพิ่งประกาศใช้ข้อมูลมูลค่าปีแรกเท่านั้น ข้อมูลล่าสุดยังอยู่ระหว่างการวิเคราะห์ นอกจากนี้ชุดข้อมูลแบบเต็มจะครอบคลุมพื้นที่ 5,000 ตารางเมตรของท้องฟ้าในขณะที่ผลการสำรวจล่าสุดครอบคลุมพื้นที่เพียง 1,500 ตารางเมตรเท่านั้นและมีระยะทางเพียงครึ่งทาง ดังนั้นเรื่องราวไม่ชัดเจน การวิเคราะห์ชุดข้อมูลแบบเต็มจะไม่ถูกคาดหวังจนกว่าจะถึงปี 2020
กระนั้นข้อมูลที่นำมาในวันนี้อาจหมายความว่ามีความตึงเครียดที่อาจเกิดขึ้นในความเข้าใจของเราเกี่ยวกับวิวัฒนาการของจักรวาล และแม้ว่าความตึงเครียดนั้นจะหายไปเมื่อมีการวิเคราะห์ข้อมูลมากขึ้น แต่การทำงานร่วมกันของ DES ยังคงดำเนินการวัดอื่นต่อไป โปรดจำไว้ว่าตัวอักษร "DE" ในชื่อย่อมาจากพลังงานมืด กลุ่มนี้ในที่สุดจะสามารถบอกเราบางอย่างเกี่ยวกับพฤติกรรมของพลังงานมืดในอดีตและสิ่งที่เราคาดหวังที่จะเห็นในอนาคต การวัดล่าสุดนี้เป็นเพียงจุดเริ่มต้นของสิ่งที่คาดว่าจะเป็นช่วงเวลาที่น่าสนใจทางวิทยาศาสตร์
บทความในรุ่นนี้ได้รับการเผยแพร่ครั้งแรกใน Live Science
