ชื่อ "พลังงานมืด" เป็นเพียงตัวยึดสำหรับแรง - ไม่ว่ามันจะเป็นอะไร - ที่ทำให้จักรวาลขยายตัว การสำรวจใหม่ของดาวแปรแสงเซเฟอิดหลายดวงโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลได้กลั่นกรองการวัดอัตราการขยายตัวของเอกภพในปัจจุบันไปสู่ความแม่นยำซึ่งข้อผิดพลาดน้อยกว่าร้อยละห้า ค่าใหม่สำหรับอัตราการขยายตัวหรือที่เรียกว่าค่าคงที่ฮับเบิลหรือ H0 (หลังจากเอ็ดวินฮับเบิลซึ่งวัดการขยายตัวของจักรวาลเป็นครั้งแรกเมื่อเกือบศตวรรษที่แล้ว) คือ 74.2 กิโลเมตรต่อวินาทีต่อเมกะไบต์ต่อวินาที ผลลัพธ์เห็นด้วยอย่างใกล้ชิดกับการวัดก่อนหน้านี้ที่รวบรวมจากฮับเบิลที่ 72 ± 8 กม. / วินาที / เมกะไบต์
การวัดฮับเบิลดำเนินการโดยทีม SHOES (Supernova H0 สำหรับสมการแห่งรัฐ) และนำโดย Adam Riess จากสถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศและมหาวิทยาลัย Johns Hopkins ใช้การปรับแต่งจำนวนมากเพื่อปรับปรุงและเสริมสร้างการสร้างจักรวาล “ บันไดระยะไกล” หนึ่งพันล้านปีแสงที่นักดาราศาสตร์ใช้เพื่อกำหนดอัตราการขยายตัวของเอกภพ
การสำรวจฮับเบิลของตัวแปรเซเฟอิดที่เร้าใจในเครื่องหมายไมล์จักรวาลใกล้เคียงกาแลคซี NGC 4258 และกาแลคซีโฮสต์ของซุปเปอร์โนวาล่าสุดเชื่อมโยงตัวชี้ระยะทางเหล่านี้โดยตรง การใช้ฮับเบิลเพื่อเชื่อมสะพานขั้นสูงเหล่านี้ในบันไดช่วยขจัดข้อผิดพลาดที่เป็นระบบซึ่งแทบจะหลีกเลี่ยงไม่ได้เมื่อเปรียบเทียบการวัดจากกล้องโทรทรรศน์ต่าง ๆ
Riess อธิบายเทคนิคใหม่:“ มันเหมือนกับการวัดสิ่งปลูกสร้างด้วยเทปยาวแทนที่จะใช้ไม้เท้ายาวไปจนสุด คุณหลีกเลี่ยงการรวมข้อผิดพลาดเล็กน้อยที่คุณทำทุกครั้งที่คุณย้ายปทัฏฐาน อาคารที่สูงกว่าข้อผิดพลาดมากขึ้น”
Lucas Macri ศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ที่ Texas A&M และผู้มีส่วนร่วมสำคัญในผลลัพธ์กล่าวว่า“ เซเฟอิดส์เป็นแกนหลักของบันไดระยะไกลเพราะช่วงจังหวะการเต้นของพวกเขาซึ่งสังเกตได้ง่ายมีความสัมพันธ์โดยตรงกับความส่องสว่างของพวกมัน การปรับแต่งบันไดอีกขั้นของเราก็คือความจริงที่ว่าเราได้สังเกตเซเฟอิดส์ในส่วนที่อยู่ใกล้อินฟราเรดของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าที่ดาวแปรแสงเหล่านี้เป็นตัวบ่งชี้ระยะทางที่ดีกว่าความยาวคลื่นแสง
ค่าคงที่ของฮับเบิลใหม่ที่แม่นยำยิ่งขึ้นนี้ถูกใช้เพื่อทดสอบและ จำกัด คุณสมบัติของพลังงานมืดซึ่งเป็นรูปแบบของพลังงานที่ก่อให้เกิดแรงผลักในอวกาศซึ่งทำให้อัตราการขยายตัวของเอกภพเร็วขึ้น
ด้วยการคร่อมประวัติการขยายตัวของเอกภพระหว่างวันนี้และเมื่อเอกภพมีอายุเพียงประมาณ 380,000 ปีนักดาราศาสตร์ก็สามารถกำหนดขีด จำกัด ของธรรมชาติของพลังงานมืดที่ทำให้การขยายตัวเร็วขึ้น (การตรวจวัดสำหรับเอกภพยุคแรกเริ่มนั้นมาจากความผันผวนของพื้นหลังไมโครเวฟจักรวาลซึ่งได้รับการแก้ไขโดย Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, WMAP ในปี 2546)
ผลลัพธ์ของพวกเขาสอดคล้องกับการตีความพลังงานมืดที่ง่ายที่สุด: มันเทียบเท่ากับการคำนวณทางดาราศาสตร์ของค่าคงที่ทางดาราศาสตร์ของอัลเบิร์ตไอน์สไตน์ซึ่งได้รับการแนะนำทางคณิตศาสตร์เมื่อศตวรรษที่แล้วเพื่อผลักดันโครงสร้างของอวกาศและป้องกันจักรวาล (อย่างไรก็ตามไอน์สไตน์เอาค่าคงที่ออกไปเมื่อการขยายตัวของเอกภพถูกค้นพบโดยเอ็ดวินฮับเบิล)
“ ถ้าคุณใส่ในกล่องทุกวิธีที่พลังงานมืดอาจแตกต่างจากค่าคงที่ของจักรวาลตอนนี้กล่องนั้นจะเล็กกว่าสามเท่า” Riess กล่าว “ นั่นเป็นความคืบหน้า แต่เรายังมีอีกหลายทางที่จะลงไปสู่ธรรมชาติของพลังงานมืด”
แม้ว่าค่าคงที่เกี่ยวกับดาราศาสตร์จะเกิดขึ้นเมื่อนานมาแล้วหลักฐานเชิงสังเกตการณ์เกี่ยวกับพลังงานมืดไม่ได้เกิดขึ้นจนกระทั่งเมื่อ 11 ปีที่แล้วเมื่อมีการศึกษาสองงานวิจัยหนึ่งนำโดย Riess และ Brian Schmidt จากหอดูดาว Mount Stromlo และอีกแห่ง ห้องปฏิบัติการแห่งชาติค้นพบพลังงานมืดอย่างอิสระส่วนหนึ่งจากการสังเกตฮับเบิล ตั้งแต่นั้นมานักดาราศาสตร์ก็ทำการสำรวจเพื่อหาลักษณะของพลังงานมืดที่ดีกว่า
วิธีการของ Riess ในการ จำกัด คำอธิบายทางเลือกสำหรับพลังงานมืดไม่ว่าจะเป็นค่าคงที่ของจักรวาลหรือสนามพลวัต (เช่นแรงผลักดันที่ผลักดันอัตราเงินเฟ้อหลังจากการระเบิดครั้งใหญ่) - เพื่อปรับแต่งการขยายประวัติศาสตร์การขยายตัวของเอกภพ
ก่อนที่ฮับเบิลจะเปิดตัวในปี 1990 ค่าประมาณของค่าคงที่ฮับเบิลแปรผันตามปัจจัยสองตัว ในปลายปี 1990 โครงการกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลในมาตราส่วนระยะทางเอกภพทำให้ค่าของค่าคงที่ฮับเบิลมีค่าผิดพลาดเพียงประมาณสิบเปอร์เซ็นต์ สิ่งนี้สามารถทำได้โดยการสังเกตตัวแปร Cepheid ที่ความยาวคลื่นแสงออกไปไกลกว่าที่ได้รับก่อนหน้านี้และเปรียบเทียบกับการวัดที่คล้ายกันจากกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดิน
ทีม SHOES ใช้กล้องอินฟราเรดใกล้ของฮับเบิลและสเปกโตรมิเตอร์แบบหลายวัตถุ (NICMOS) และกล้องขั้นสูงสำหรับการสำรวจ (ACS) เพื่อสำรวจดาวแปรแสงเซเฟอิดส์ 240 ดวงในกาแลคซีทั้งเจ็ด หนึ่งในกาแลคซีเหล่านี้คือ NGC 4258 ซึ่งระยะทางนั้นถูกต้องแม่นยำมากผ่านการสำรวจด้วยกล้องโทรทรรศน์วิทยุ กาแลคซีอีกหกแห่งเพิ่งเป็นเจ้าภาพซุปเปอร์โนวาประเภท Ia ซึ่งเป็นตัวชี้วัดระยะทางที่เชื่อถือได้สำหรับการวัดระยะไกลยิ่งขึ้นในจักรวาล ซุปเปอร์โนวาประเภท Ia ทั้งหมดระเบิดด้วยพลังงานในปริมาณใกล้เคียงกันดังนั้นจึงมีความสว่างที่เหมือนกันเกือบทั้งหมด
ด้วยการสังเกตเซเฟอิดส์ที่มีคุณสมบัติคล้ายกันมากที่ความยาวคลื่นใกล้อินฟราเรดในกาแลคซีทั้งเจ็ดและใช้กล้องโทรทรรศน์และเครื่องมือเดียวกันทีมก็สามารถปรับความสว่างของซุปเปอร์โนวาให้แม่นยำยิ่งขึ้น ด้วยความสามารถอันทรงพลังของฮับเบิลทีมก็สามารถก้าวข้ามขั้นบันไดที่ยาวที่สุดไปตามบันไดระยะทางก่อนหน้าซึ่งเกี่ยวข้องกับความไม่แน่นอนในพฤติกรรมของเซเฟอิดส์
ในที่สุด Riess ต้องการเห็นค่าคงที่ฮับเบิลซึ่งกลั่นเป็นค่าที่มีข้อผิดพลาดไม่เกินร้อยละหนึ่งเพื่อให้ข้อ จำกัด ที่เข้มงวดยิ่งขึ้นในการแก้ปัญหาพลังงานมืด
ที่มา: สถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศ
