ช่องว่างของจักรวาลอาจอธิบายความเร่งของจักรวาลโดยไม่มีพลังงานมืด

นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าพลังงานมืดซึ่งเป็นพลังลึกลับที่ขับเคลื่อนการขยายตัวอย่างรวดเร็วของจักรวาลอาจไม่มีอยู่จริง การวิจัยของพวกเขาได้ตั้งคำถามถึงเสาหลักประการหนึ่งของจักรวาลวิทยาสมัยใหม่

ในการศึกษาใหม่ที่ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 19 ธันวาคม 2024 ในวารสารประกาศรายเดือนของ Royal Astronomical Societyนักวิจัยได้วิเคราะห์ข้อมูลจากการสำรวจ Pantheon+ ซึ่งเป็นชุดข้อมูลซุปเปอร์โนวาประเภท Ia ที่ครอบคลุมมากที่สุด ซึ่งมีความสว่างสม่ำเสมอทำให้นักดาราศาสตร์สามารถวัดระยะทางทั่วจักรวาลได้อย่างแม่นยำอย่างไม่น่าเชื่อ การวิเคราะห์ของพวกเขาชี้ให้เห็นว่าสิ่งที่เรารับรู้ว่าเป็นความเร่งอาจเป็นภาพลวงตาที่เกิดจากโครงสร้างขนาดใหญ่ของจักรวาล

ศึกษาจักรวาลด้วยซูเปอร์โนวาประเภท Ia

ซูเปอร์โนวาประเภท Ia เป็นการตายด้วยระเบิดของดาวแคระขาว ถือเป็นเครื่องมือที่ทรงพลังที่สุดชิ้นหนึ่งของจักรวาลวิทยามายาวนาน เหตุการณ์ดาวฤกษ์เหล่านี้เกิดขึ้นเมื่อดาวแคระขาวสะสมสสารจากดาวข้างเคียงมากพอที่จะทำให้เกิดการระเบิดแสนสาหัส เนื่องจากซูเปอร์โนวาประเภท 1a ให้ความสว่างสูงสุดสม่ำเสมอ การวัดความสว่างเมื่อสังเกตจากโลกจึงสามารถบอกได้ว่าพวกมันอยู่ไกลแค่ไหน

มหานวดาราประเภท Ia มีคุณค่าอย่างมากในทางดาราศาสตร์ เนื่องจากมันทำหน้าที่เป็นเทียนมาตรฐานซึ่งเราสามารถวัดระยะทางอันกว้างใหญ่ในจักรวาลได้" ผู้เขียนร่วมการศึกษาแซคารี เลนนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแคนเทอร์เบอรีในนิวซีแลนด์ บอกกับ WordsSideKick.com ทางอีเมล

ด้วยการรวมข้อมูลระยะทางนี้เข้ากับการเลื่อนไปทางสีแดงของซูเปอร์โนวา การยืดของแสงไปสู่ความยาวคลื่นสีแดงเนื่องจากการขยายตัวของเอกภพ นักวิทยาศาสตร์จึงได้จัดทำแผนที่การเติบโตของจักรวาลเมื่อเวลาผ่านไป หลายทศวรรษที่แล้ว นักวิจัยใช้วิธีนี้เพื่อแสดงให้เห็นว่าการขยายตัวของเอกภพกำลังเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งเป็นการค้นพบที่นำไปสู่สมมติฐานของ— พลังลึกลับที่มองไม่เห็นซึ่งคิดว่าจะแทรกซึมเข้าไปในอวกาศและขับเคลื่อนความเร่งนี้

ชุดข้อมูล Pantheon+

ชุดข้อมูล Pantheon+ เป็นกลุ่มซุปเปอร์โนวาประเภท Ia ที่กว้างขวางและแม่นยำที่สุดเท่าที่เคยมีมา ครอบคลุมการสำรวจหลายทศวรรษจากกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินและในอวกาศ โดยประกอบด้วยข้อมูลเกี่ยวกับซูเปอร์โนวา 1,500 ดวงตลอดอวกาศ-เวลา

“ในช่วงเวลาของการศึกษานี้ ชุดข้อมูลสเปกโทรสโกปีของซูเปอร์โนวาประเภท Ia ของแพนธีออน+ เป็นกลุ่มรวบรวมซุปเปอร์โนวาประเภท Ia ล้วนๆ ที่ใหญ่ที่สุดและเก่าแก่ที่สุด” Lane กล่าว

รับการค้นพบที่น่าทึ่งที่สุดในโลกส่งตรงถึงกล่องจดหมายของคุณ

ความแม่นยำและขนาดของชุดข้อมูลทำให้เป็นขุมทองสำหรับการทดสอบแบบจำลองทางจักรวาลวิทยา บันทึกรายละเอียดของความสว่างและการเคลื่อนไปทางสีแดงให้ข้อมูลเชิงลึกที่ไม่มีใครเทียบได้เกี่ยวกับวิธีการวิวัฒนาการของเอกภพ ถือเป็นพื้นที่ทดสอบที่สำคัญสำหรับทฤษฎีทางเลือกนอกเหนือจากแบบจำลองทางจักรวาลวิทยามาตรฐาน

ท้าทายพลังงานมืด

แม้ว่าแนวคิดเรื่องพลังงานมืดจะอธิบายความเร่งที่สังเกตได้มากในจักรวาล แต่ก็มีบรรยากาศแห่งความลึกลับอยู่เสมอ พลังงานมืดไม่เคยถูกตรวจพบโดยตรง และไม่มีการอธิบายที่มาของมันในทางทฤษฎี กระตุ้นให้นักวิทยาศาสตร์บางคนสำรวจคำอธิบายอื่น ๆ

การศึกษาครั้งใหม่มุ่งเป้าไปที่สมมติฐานสำคัญของแบบจำลองมาตรฐาน นั่นคือ จักรวาลมีความเป็นเนื้อเดียวกันและมีไอโซโทรปิกในขนาดใหญ่ ซึ่งหมายความว่าจักรวาลจะมีลักษณะเหมือนกันในทุกทิศทางและจากทุกจุดชมวิว

ข้อสันนิษฐานนี้สนับสนุนความต้องการพลังงานมืดเพื่ออธิบายการขยายตัวของจักรวาล อย่างไรก็ตาม Lane และเพื่อนร่วมงานของเขาได้ทดสอบแนวคิดทางเลือกที่เรียกว่าแบบจำลองไทม์สเคป ซึ่งแสดงให้เห็นว่าความเร่งที่ปรากฏอาจเป็นผลพลอยได้จากโครงสร้างจักรวาลเช่นช่องว่าง ซึ่งเป็นพื้นที่อันกว้างใหญ่และใกล้จะว่างเปล่าของช่องว่างระหว่างกระจุกกาแลคซี

“แบบจำลองมาตรฐานของจักรวาลวิทยาสร้างขึ้นบนสมมติฐานที่ว่าจักรวาลมีความสม่ำเสมอและไม่มีรูปร่างใดๆ ในสเกลขนาดใหญ่ และโครงสร้างของจักรวาลไม่ส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อวิวัฒนาการของจักรวาล” เลนกล่าว "ไทม์สเคปละทิ้งสมมติฐานเหล่านี้และพบว่าความเร่งที่ชัดเจนของจักรวาลเป็นผลมาจากการป้อนกลับระหว่างโครงสร้างจักรวาล"

เนื่องจากสสารเบาบางและแรงโน้มถ่วง ช่องว่างจึงขยายตัวเร็วกว่าส่วนที่หนาแน่นกว่าของจักรวาล เช่น กระจุกกาแลคซี ตามแบบจำลองไทม์สเคป การครอบงำของช่องว่างเหล่านี้ในภูมิทัศน์ของจักรวาลสามารถอธิบายความเร่งที่สังเกตได้โดยไม่ต้องใช้พลังงานมืด

หลักฐานสนับสนุนไทม์สเคป

ทีมงานวิเคราะห์ชุดข้อมูล Pantheon+ และพบว่าผลลัพธ์สอดคล้องกับแบบจำลองไทม์สเคปเป็นอย่างดี และในบางกรณีก็มีประสิทธิภาพเหนือกว่าแบบจำลองจักรวาลวิทยามาตรฐานด้วยซ้ำ

“เมื่อพิจารณาซูเปอร์โนวาทุกรายการ รวมถึงซุปเปอร์โนวาที่อยู่ใกล้เรามากในนั้นด้วยซึ่งอาจได้รับอิทธิพลจากโครงสร้างในท้องถิ่น เราพบว่าชอบโมเดลไทม์สเคปเป็นอย่างมาก" Lane กล่าว เมื่อซุปเปอร์โนวาในเอกภพใกล้เคียงถูกแยกออกเพื่อพิจารณาความแตกต่างในท้องถิ่น หลักฐานยังคงสนับสนุน โดยสะท้อนข้อค้นพบจาก(ของ)

ผลลัพธ์เหล่านี้ถือเป็นความท้าทายโดยตรงต่อความจำเป็นของพลังงานมืด "การค้นหาหลักฐานระดับปานกลางหรือชัดเจนยิ่งขึ้นอย่างต่อเนื่องสำหรับแบบจำลองจักรวาลวิทยาที่ไม่มีพลังงานมืดโดยใช้วิธีการสังเกตที่มีนัยสำคัญทางประวัติศาสตร์วิธีหนึ่งถือเป็นโอกาสที่น่าตื่นเต้นสำหรับการสำรวจอนาคตของจักรวาลวิทยา" Lane กล่าว

ถนนข้างหน้า

แม้ว่าการค้นพบนี้น่าสนใจ แต่ Lane เน้นย้ำว่าจำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อเสริมความแข็งแกร่งให้กับกรณีของไทม์สเคป “ในขณะที่ปัจจัยอื่นๆ จำเป็นต้องได้รับการพิจารณาเพื่อให้สิ่งนี้มีความชัดเจนมากขึ้นภายในชุมชนจักรวาลวิทยา แต่ก็พิสูจน์ให้เห็นถึงการทดสอบเบื้องต้นที่น่าหวัง” เขากล่าว

ในอนาคต ทีมงานวางแผนที่จะรวมชุดข้อมูล Pantheon+ กับข้อมูลจากการสำรวจพลังงานมืดและการแกว่งของเสียงแบริออน ซึ่งเป็นรูปแบบการกระจายตัวของกาแลคซีที่สามารถใช้เป็นผู้ปกครองจักรวาลอื่นได้ นักดาราศาสตร์กำลังทำการจำลองว่าช่องว่างขยายตัวอย่างไรภายใต้กรอบของและสำรวจว่าเอฟเฟกต์เหล่านี้นำไปใช้กับการกำเนิดและวิวัฒนาการของกาแลคซีได้อย่างไร

“กลุ่มวิจัยของเรากำลังสำรวจส่วนขยายต่างๆ ในงานปัจจุบันของเรา โดยมีเป้าหมายที่จะท้าทายแง่มุมพื้นฐานของจักรวาลวิทยา” Lane กล่าว "กรอบการทำงานการแข่งขันที่แข็งแกร่งจะยังคงช่วยยกระดับอนาคตของจักรวาลวิทยาและความเข้าใจในปัจจุบันของเราเกี่ยวกับความท้าทายที่เผชิญอยู่ในสนาม"