ความท้าทายต่อทฤษฎีจักรวาลจุดประกายในสิ่งพิมพ์ใหม่

จักรวาลกำลังมีการขยายตัวอย่างรวดเร็ว ค่าคงที่ที่เรียกว่าค่าคงที่ฮับเบิลระบุอัตราการขยายตัวดังกล่าว และมีวิธีสองสามวิธีที่นักดาราศาสตร์จะวัดได้ แต่มีปัญหาสำคัญอยู่ วิธีการหลักไม่ตรงกันอย่างยิ่ง นี่คือเรื่องราวของท้าทายทุกสิ่งที่เรารู้ (และบางสิ่งที่เราไม่รู้) เกี่ยวกับจักรวาล

แนวทางหลักสองประการในการคำนวณอัตราการขยายตัวมีดังนี้ คุณสามารถวัดรังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล (CMB) ซึ่งเป็นแสงแรกที่ปล่อยออกมาในจักรวาล ประมาณ 400,000 ปีหลังจากบิ๊กแบง หรือคุณสามารถวัดระยะทางของกาแลคซีจำนวนมากและความเร็วที่พวกมันดูเหมือนจะเคลื่อนตัวออกจากเราเนื่องจากช่องว่างระหว่างการขยายตัว

วิธีแรกให้ค่า 67.4 กิโลเมตรต่อวินาทีต่อเมกะพาร์เซก หน่วยการวัดนี้อาจดูแปลกเล็กน้อยในตอนแรก หมายความว่าหากกาแลคซีสองแห่งอยู่ห่างกัน 1 เมกะพาร์เซก (3.26 ล้านปีแสง) เอกภพที่ขยายตัวจะทำให้ดูเหมือนว่าพวกมันกำลังเคลื่อนตัวออกจากกันด้วยความเร็ว 67.4 กิโลเมตร (41.9 ไมล์) ต่อวินาที หากใช้วิธีระยะทางกาแล็กซีแทน จะได้ค่าเป็น 72.8 กิโลเมตรต่อวินาทีต่อเมกะพาร์เซก ความไม่แน่นอนของแต่ละค่ามีขนาดเล็กและไม่ทับซ้อนกัน

การวัด [JWST] ให้ผลลัพธ์เช่นเดียวกับกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลสำหรับวัตถุเดียวกัน ดังนั้นจึงทำให้กรณีของความตึงเครียดแข็งแกร่งขึ้น

ศาสตราจารย์อดัม รีสส์

ที่เป็นที่มาของนิยายเกี่ยวกับความตึงเครียดของฮับเบิล การสังเกตเป็นส่วนสำคัญของความท้าทาย นักดาราศาสตร์ได้ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (JWST) ซึ่งเป็นผู้รับช่วงต่อ เพื่อยืนยันหรือปฏิเสธข้อมูลนี้

ทีมงานที่นำโดย Adam Riess ผู้ได้รับรางวัลโนเบล ได้ใช้ตัวอย่างข้อมูล JWST ที่ใหญ่ที่สุดเพื่อประมาณค่าคงที่ของฮับเบิลได้ดีขึ้น และอีกครั้งที่พบว่าความตึงเครียดยังคงอยู่ ข้อมูล JWST แม้ว่าจะมีความไม่แน่นอนในวงกว้างกว่า แต่พบว่าอัตราการขยายตัวอยู่ที่ 72.6 กิโลเมตรต่อวินาทีต่อเมกะพาร์เซก

การวัด [JWST] ให้ผลลัพธ์เหมือนกับกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลสำหรับวัตถุเดียวกัน ดังนั้นจึงทำให้กรณีของความตึงเครียดแข็งแกร่งขึ้น เพราะมันตัดออกว่าความตึงเครียดนั้นเกิดจากข้อบกพร่องในการวัดด้วยกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิล”ศาสตราจารย์ รีสจากมหาวิทยาลัยจอห์น ฮอปกินส์ บอกกับ IFLScience

เมื่อต้นปีที่ผ่านมา งานของศาสตราจารย์เวนดี ฟรีดแมน แห่งมหาวิทยาลัยชิคาโก และทีมงานของเธอได้ใช้ตัวอย่างข้อมูลจาก JWST เพื่อประมาณอัตราการขยายตัว และพบค่าระหว่างข้อมูลฮับเบิลกับ CMB นี่ไม่ได้ถูกมองว่าเป็นจุดสิ้นสุดของการสนทนา แต่ให้ความหวังว่าบางทีวิธีแก้ปัญหาอาจอยู่ระหว่างนั้นจริงๆ

ในกับ Freedman เธอระบุว่าจำเป็นต้องมีข้อสังเกตจาก JWST มากขึ้นสำหรับข้อมูลเพิ่มเติมอย่างไร งานใหม่นี้รวมข้อมูลฟรีดแมนและข้อสังเกตอื่นๆ เข้าด้วยกัน เป็นไปได้อย่างสมบูรณ์แบบสำหรับตัวอย่างเล็กๆ ของวัตถุที่คล้ายกันหรือทับซ้อนกัน เพื่อค้นหาค่ากลางที่แตกต่างกันและความไม่แน่นอนขนาดใหญ่ สิ่งนี้เรียกว่าความแปรปรวนตัวอย่าง

"นี่เป็นการเปรียบเทียบที่เป็นประโยชน์: คุณกำลังพยายามวัดความเร็วของการจราจรบนทางหลวง คุณใช้ปืนเรดาร์เพื่อวัดรถยนต์หลายคันและรับค่าเฉลี่ย คนอื่นใช้ปืนเรดาร์ที่แตกต่างกัน เมื่อพวกเขาวัดรถคันเดียวกันที่พวกเขาได้รับ ค่าเฉลี่ยเดียวกัน นั่นคือสิ่งที่เกิดขึ้นกับ [JWST] และฮับเบิล และยืนยันฮับเบิล” ศาสตราจารย์รีสบอกกับ IFLScience

“อย่างไรก็ตาม หากพวกเขาวัดความเร็วของรถยนต์ชุดอื่นและตัวอย่างทั้งสองมีขนาดเล็ก คุณอาจเห็นความแตกต่าง คำตอบคือการวัดตัวอย่างที่ใหญ่กว่า (เพื่อลดความแปรปรวนของตัวอย่าง) หรือเปรียบเทียบรถยนต์คันเดียวกัน (แอปเปิ้ลต่อแอปเปิ้ล) ) เพื่อตรวจสอบปืนเรดาร์”

ข้อมูล JWST โดยตัวมันเองมีความไม่แน่นอนอย่างมาก และแม้ว่าข้อตกลงกับข้อมูลฮับเบิลจะทำให้กรณีนี้แข็งแกร่งขึ้น แต่จะต้องรวบรวมข้อมูลเพิ่มเติมจากกาแลคซีที่อยู่ไกลออกไปเพื่อเสริมข้ออ้างให้แข็งแกร่งยิ่งขึ้น มีวิธีการอื่นไม่กี่วิธีที่สามารถรองรับค่ายใดค่ายหนึ่งได้ อาจเป็นไปได้ว่าวิธีใดวิธีหนึ่งหรือทั้งสองวิธีไม่สามารถประมาณค่าความไม่แน่นอนได้อย่างถูกต้องและมีคำตอบอยู่ตรงกลาง หรืออาจเป็นไปได้ว่าทฤษฎีจักรวาลของเราจำเป็นต้องได้รับการเปลี่ยนแปลง เป็นความผิดในดวงดาวของเราหรือตัวเราเอง?

“ความแตกต่างระหว่างอัตราการขยายตัวที่สังเกตได้ของเอกภพกับการทำนายของแบบจำลองมาตรฐานชี้ให้เห็นว่าความเข้าใจของเราเกี่ยวกับจักรวาลอาจไม่สมบูรณ์ ด้วยกล้องโทรทรรศน์เรือธงของ NASA สองตัวที่ยืนยันการค้นพบของกันและกัน เราจะต้องจัดการกับปัญหา [ความตึงเครียดของฮับเบิล] นี้อย่างจริงจัง มันเป็นความท้าทาย แต่ยังเป็นโอกาสอันเหลือเชื่อในการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับจักรวาลของเรา'' ศาสตราจารย์ Riess อธิบายในคำแถลง-

การศึกษานี้ตีพิมพ์ในวารสารดาราศาสตร์ฟิสิกส์-