เมื่อเราคิดว่าเราเข้าใจจักรวาลดีแล้วก็พร้อมกับนักดาราศาสตร์บางคนที่จะสนับสนุนทุกสิ่ง ในกรณีนี้สิ่งที่จำเป็นสำหรับทุกสิ่งที่เรารู้และเห็นได้ถูกเปิดบนหัวของมัน: อัตราการขยายตัวของเอกภพเองหรือที่รู้จักในนามฮับเบิล
ทีมนักดาราศาสตร์ที่ใช้กล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลตัดสินว่าอัตราการขยายตัวเร็วกว่าที่เคยวัดไว้ห้าถึงเก้าเปอร์เซ็นต์ ค่าคงที่ฮับเบิลไม่ใช่ความอยากรู้อยากเห็นบางอย่างที่สามารถเก็บไว้ได้จนกว่าจะมีการวัดครั้งต่อไป มันเป็นส่วนหนึ่งและพัสดุของธรรมชาติของทุกสิ่งในการดำรงอยู่
“ การค้นพบที่น่าประหลาดใจนี้อาจเป็นเบาะแสสำคัญในการทำความเข้าใจส่วนลึกลับของจักรวาลที่ประกอบขึ้น 95% ของทุกสิ่งและไม่ปล่อยแสงเช่นพลังงานมืดสสารมืดและรังสีมืด” ผู้นำการศึกษาและผู้ได้รับรางวัลโนเบลกล่าว Adam Riess จากสถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศและมหาวิทยาลัย Johns Hopkins ทั้งในเมืองบัลติมอร์รัฐแมริแลนด์
แต่ก่อนที่เราจะได้รับผลของการศึกษานี้ให้กลับมาสักหน่อยแล้วดูว่าวัดค่าคงที่ฮับเบิลได้อย่างไร
การวัดอัตราการขยายตัวของจักรวาลเป็นธุรกิจที่ยุ่งยาก เมื่อใช้รูปภาพที่ด้านบนจะทำงานดังนี้:
- ภายในทางช้างเผือกกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลถูกใช้เพื่อวัดระยะทางกับตัวแปรเซเฟอิดซึ่งเป็นดาวฤกษ์ที่น่าตื่นเต้น Parallax ใช้เพื่อทำสิ่งนี้และ Parallax เป็นเครื่องมือพื้นฐานของเรขาคณิตซึ่งใช้ในการสำรวจด้วยเช่นกัน นักดาราศาสตร์ทราบว่าความสว่างที่แท้จริงของเซเฟอิดส์คืออะไรดังนั้นเมื่อเปรียบเทียบกับความสว่างที่ปรากฎจากโลกทำให้การวัดระยะทางระหว่างดาวกับเรานั้นแม่นยำ อัตราการเต้นของพวกเขายังปรับแต่งการคำนวณระยะทางได้อย่างดี ตัวแปรเซเฟอิดบางครั้งเรียกว่า "ระยะประชิดจักรวาล" ด้วยเหตุนี้
- จากนั้นนักดาราศาสตร์หันไปมองกาแลคซีใกล้เคียงอื่น ๆ ซึ่งไม่เพียง แต่มีตัวแปรเซเฟอิด แต่ยังพิมพ์ซุปเปอร์โนวาประเภท 1a ซึ่งเป็นดาวประเภทที่เข้าใจกันดี ซุปเปอร์โนวาเหล่านี้ซึ่งแน่นอนว่าเป็นดาวระเบิดเป็นอีกหนึ่งมาตรวัดที่น่าเชื่อถือสำหรับนักดาราศาสตร์ ระยะทางถึงกาแลคซีเหล่านี้นั้นได้จากการใช้เซเฟอิดส์เพื่อวัดความสว่างที่แท้จริงของซุปเปอร์โนวา
- ถัดไปนักดาราศาสตร์ชี้ฮับเบิลไปยังกาแลคซีที่อยู่ห่างออกไป วัตถุเหล่านี้อยู่ไกลมากจนไม่สามารถมองเห็นเซเฟอิดส์ในกาแลคซีเหล่านั้นได้ แต่ซุปเปอร์โนวาประเภท 1a นั้นสว่างมากจนมองเห็นได้แม้ในระยะทางไกลมหาศาลเหล่านี้ จากนั้นนักดาราศาสตร์เปรียบเทียบความสว่างที่แท้จริงและชัดเจนของซุปเปอร์โนวาเพื่อวัดระยะทางที่สามารถมองเห็นการขยายตัวของเอกภพ แสงจากซุปเปอร์โนวาที่อยู่ห่างไกลคือ“ เปลี่ยนเป็นสีแดง” หรือยืดออกโดยการขยายตัวของอวกาศ เมื่อเปรียบเทียบกับระยะทางที่วัดได้กับการเปลี่ยนแปลงของแสงสีแดงมันจะทำการวัดอัตราการขยายตัวของเอกภพ
- หายใจเข้าลึก ๆ และอ่านทั้งหมดอีกครั้ง
ส่วนที่สำคัญของทั้งหมดนี้คือเรามีการวัดอัตราการขยายตัวที่แม่นยำยิ่งขึ้นของจักรวาล ความไม่แน่นอนในการวัดลดลงถึง 2.4% ส่วนที่ท้าทายคืออัตราการขยายตัวของเอกภพสมัยใหม่ไม่ได้เป็นการวัดจากเอกภพยุคแรก
อัตราการขยายตัวของเอกภพยุคแรกนั้นได้มาจากการแผ่รังสีทางซ้ายจากบิ๊กแบง เมื่อแสงที่เกิดขึ้นในจักรวาลนั้นวัดโดย Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) และดาวเทียมพลังค์ของ ESA มันจะให้อัตราการขยายตัวที่น้อยกว่า ดังนั้นทั้งสองจึงไม่เข้าแถว มันเหมือนการสร้างสะพานที่การก่อสร้างเริ่มต้นที่ปลายทั้งสองและควรจัดเรียงตามเวลาที่คุณไปถึงตรงกลาง (Caveat: ฉันไม่รู้ว่าถ้าสะพานถูกสร้างเช่นนั้น)
“ คุณเริ่มต้นที่ปลายทั้งสองและคุณคาดหวังว่าจะได้พบกันตรงกลางหากภาพวาดทั้งหมดของคุณถูกต้องและการวัดของคุณถูกต้อง” Riess กล่าว “ แต่ตอนนี้จุดจบไม่ค่อยตรงกลางและเราอยากรู้ว่าทำไม”
“ ถ้าเรารู้จำนวนเริ่มต้นของสิ่งต่าง ๆ ในเอกภพเช่นพลังงานมืดและสสารมืดและเรามีฟิสิกส์ที่ถูกต้องคุณสามารถไปจากการวัดในเวลาไม่นานหลังจากบิ๊กแบงและใช้ความเข้าใจนั้นเพื่อทำนายว่า เร็วจักรวาลควรจะขยายตัวในวันนี้” Riess กล่าว “ อย่างไรก็ตามหากความแตกต่างนี้เกิดขึ้นดูเหมือนว่าเราอาจไม่มีความเข้าใจที่ถูกต้องและมันจะเปลี่ยนว่าค่าคงที่ฮับเบิลควรใหญ่แค่ไหนในวันนี้”
ทำไมมันไม่เพิ่มทั้งหมดคือความสนุกและอาจทำให้โกรธเป็นส่วนหนึ่งของสิ่งนี้
สิ่งที่เราเรียกว่า Dark Energy เป็นพลังขับเคลื่อนการขยายตัวของเอกภพ พลังงานมืดเติบโตแข็งแกร่งขึ้นหรือไม่? หรือว่า Dark Matter ซึ่งประกอบไปด้วยมวลส่วนใหญ่ในจักรวาล เรารู้ว่าเราไม่รู้อะไรเกี่ยวกับมันมากนัก บางทีเราอาจรู้น้อยกว่านั้นและธรรมชาติของมันก็เปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา
“ เรารู้เพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับส่วนที่มืดของจักรวาลมันเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องวัดว่าพวกมันดันและดึงพื้นที่บนประวัติศาสตร์จักรวาลอย่างไร” Lucas Macri จากมหาวิทยาลัย Texas A&M ในคอลเลจสเตชั่นซึ่งเป็นผู้ร่วมมือหลักในการศึกษากล่าว
ทีมยังคงทำงานร่วมกับฮับเบิลเพื่อลดความไม่แน่นอนในการวัดอัตราการขยายตัว เครื่องมืออย่างกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์และกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ที่สุดในยุโรปอาจช่วยปรับแต่งการวัดให้มากขึ้นและช่วยแก้ไขปัญหาที่น่าสนใจนี้
