การปะทะกันครั้งใหญ่ที่สุดในจักรวาลวิทยาอาจเข้าใกล้ความละเอียดมากขึ้นอีก ต้องขอบคุณกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์
นักวิทยาศาสตร์ไม่เห็นด้วยกับอัตราการขยายตัวของเอกภพที่เรียกว่าค่าคงที่ฮับเบิล มีสองวิธีหลักในการวัดมัน วิธีหนึ่งใช้ดาวระเบิดที่เรียกว่าซุปเปอร์โนวา และอีกวิธีใช้แสงที่เก่าแก่ที่สุดในเอกภพ ซึ่งก็คือพื้นหลังไมโครเวฟของจักรวาล เทคนิคทั้งสองที่ได้รับในสิ่งที่เรียกว่า “ความตึงเครียดของฮับเบิล” (SN: 21/3/57- หากความตึงเครียดนี้มีอยู่จริง และไม่ได้เป็นผลมาจากข้อผิดพลาดในการวัดอย่างใดอย่างหนึ่ง จะต้องมีการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในการทำความเข้าใจจักรวาลของนักวิทยาศาสตร์
บทความใหม่ที่ตีพิมพ์โดยผู้เล่นศูนย์กลางสองคนกำลังเพิ่มความหวังว่าการสำรวจเพิ่มเติมจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์หรือ JWST เกี่ยวกับดาวฤกษ์และซูเปอร์โนวาบางประเภทสามารถแก้ปัญหาที่ว่าความขัดแย้งนั้นมีจริงหรือไม่
ทั้งสองทีมมีความเห็นไม่ตรงกันว่าความตึงเครียดนั้นมีอยู่จริงหรือไม่ ทีมหนึ่งกล่าวว่าไม่มีหลักฐานที่ชัดเจนเกี่ยวกับความตึงเครียดของฮับเบิลจากข้อมูล JWST แต่อีกกลุ่มหนึ่งกล่าวว่าข้อมูล JWST เสริมในกรณีที่การวัดทั้งสองประเภทขัดแย้งกัน “ฉันรู้สึกทึ่งมากขึ้นกับความตึงเครียดของฮับเบิล” Adam Riess นักจักรวาลวิทยาจากมหาวิทยาลัย Johns Hopkins หัวหน้าทีมใดทีมหนึ่งกล่าว
ในที่สุด ค่ายต่างๆ ก็มองเห็นกันในการวัดชิ้นเดียว นั่นคือระยะทางไปยังกาแลคซีใกล้เคียง ซึ่งจำเป็นในการอนุมานอัตราการขยายตัวของเอกภพจากซูเปอร์โนวา “นี่ถือเป็นเรื่องใหม่จริงๆ เราตกลงกันในเรื่องระยะทาง และนั่นคือความก้าวหน้าอย่างแท้จริง” เวนดี ฟรีดแมน นักจักรวาลวิทยาจากมหาวิทยาลัยชิคาโก ซึ่งเป็นผู้นำอีกทีมหนึ่งกล่าว
“ถ้าคุณบอกฉันเมื่อ 10 ปีที่แล้วว่าเรื่องทั้งหมดนี้จะต้องตกลงกันในระดับนี้ ฉันคงกระโดดขึ้นๆ ลงๆ เลย” แดเนียล สคอลนิก นักจักรวาลวิทยาจากมหาวิทยาลัยดุ๊ก สมาชิกในทีมของรีสส์กล่าว
ข้อตกลงดังกล่าวทำให้นักวิทยาศาสตร์มีความมั่นใจที่เพิ่งค้นพบว่าข้อพิพาทอันยาวนานนี้ใกล้จะได้รับการแก้ไขแล้ว “ฉันค่อนข้างมองโลกในแง่ดีว่าในอีกสองสามปีข้างหน้า คำถามที่เรากำลังพูดถึงอยู่นี้ เราจะได้แก้ไขสิ่งเหล่านั้น” ฟรีดแมนกล่าว
มาถึงฉันทามติเกี่ยวกับระยะทาง
ทฤษฎีจักรวาลของนักวิทยาศาสตร์ที่เรียกว่าแบบจำลองจักรวาลวิทยามาตรฐานนั้นมีพื้นฐานมาจากสิ่งที่ไม่รู้เป็นส่วนใหญ่ สสารมืดซึ่งเป็นสสารที่เพิ่มมวลที่มองไม่เห็นให้กับกาแลคซี ไม่เคยถูกตรวจพบโดยตรง และพลังงานมืดซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่ทำให้การขยายตัวของจักรวาลเร่งความเร็วขึ้น ก็เป็นเครื่องหมายคำถามเช่นกัน แต่แบบจำลองนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าประสบความสำเร็จอย่างมากในการอธิบายจักรวาล
เริ่มต้นจากแสงโบราณของพื้นหลังไมโครเวฟคอสมิก นักวิทยาศาสตร์สามารถใช้แบบจำลองทางจักรวาลวิทยามาตรฐานเพื่อกำหนดอัตราการขยายตัวในปัจจุบัน เทคนิคดังกล่าวพบว่าอวกาศกำลังขยายตัวที่ 67 กิโลเมตรต่อวินาทีต่อเมกะพาร์เซก (หนึ่งเมกะพาร์เซกมีค่าประมาณ 3 ล้านปีแสง)
แต่การตรวจวัดซูเปอร์โนวาโดย Riess และเพื่อนร่วมงานกำหนดตัวเลขไว้ที่ประมาณ 73 กิโลเมตร/วินาที/Mpc ส่งผลให้ผลลัพธ์ทั้งสองขัดแย้งกันโดยตรง นั่นอาจบอกเป็นนัยว่ามีบางอย่างผิดปกติกับแบบจำลองทางจักรวาลวิทยามาตรฐาน
ในการหาอัตราการขยายตัวด้วยเทคนิคซูเปอร์โนวา นักจักรวาลวิทยาจะต้องวัดระยะทางไปยังซูเปอร์โนวาที่อยู่ห่างไกลหลายแห่ง ซึ่งต้องใช้เทคนิคที่เรียกว่าบันไดระยะทาง เพื่อแปลระยะทางใกล้เคียงเป็นระยะทางไกลออกไป
ภายใต้การตรวจสอบอย่างละเอียดเป็นพิเศษคือขั้นที่สองของบันไดนี้ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์สังเกตดาวฤกษ์บางประเภท โดยทั่วไปจะเป็นดาวฤกษ์ที่เต้นเป็นจังหวะเรียกว่าเซเฟอิดส์ เพื่อกำหนดระยะห่างจากกาแลคซีที่พวกมันอาศัยอยู่ เช่นเดียวกับซุปเปอร์โนวาที่เกิดขึ้นในกาแลคซีเดียวกัน . การสังเกตดาวฤกษ์เหล่านี้ด้วย JWST ซึ่งมีความละเอียดดีกว่ากล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล อาจช่วยแก้ไขข้อบกพร่องในการวัดรุ่งนั้นได้
นอกจากเซเฟอิดส์แล้ว ฟรีดแมนและเพื่อนร่วมงานยังใช้ดาวอีกสองประเภทในการวัดระยะทางอีกด้วย ฟรีดแมนและเพื่อนร่วมงานใช้ข้อมูล JWST กับทั้งสามเพื่อค้นหาอัตราการขยายตัวที่ประมาณ 70 กม./วินาที/Mpc เมื่อพิจารณาถึงความไม่แน่นอนในการวัด นั่นจึงใกล้เคียงกับหมายเลขพื้นหลังไมโครเวฟของจักรวาลมากพอไม่ต้องการให้นักฟิสิกส์คิดใหม่เกี่ยวกับจักรวาลทีมงานรายงานในเอกสารที่ส่งเมื่อวันที่ 12 สิงหาคมถึง arXiv.org แต่ก็ยังไม่ได้ตัดทอนการดำรงอยู่ของความตึงเครียดฮับเบิลอย่างสมบูรณ์ “เราต้องการข้อมูลเพิ่มเติมเพื่อตอบคำถามนี้อย่างชัดเจน” Freedman กล่าว
โดยทั่วไปแล้วเทคนิคการวัดระยะทางทั้งสามนั้นสอดคล้องกัน Freedman กล่าว การวัดเซเฟอิดส่งผลให้ค่าคงที่ของฮับเบิลสูงขึ้นเล็กน้อยกว่าอีกสองวิธี แต่ไม่เพียงพอที่จะสรุปว่ามีบางอย่างผิดปกติในเทคนิคนี้ “มีการชดเชย แต่ความไม่แน่นอนก็มีมากพอที่จะทำให้คุณไม่สามารถพูดได้อย่างแน่ชัดว่า 'มันจะเป็นเช่นนี้'” ฟรีดแมนกล่าว
เสียงฮับเบิลคงที่
แม้จะตกลงกันในเรื่องระยะทาง แต่ทั้งสองทีมก็ยังคงต่างกันในเรื่องค่าคงที่ของฮับเบิล นั่นอาจจะเป็นเพราะว่าการวัดจำนวนน้อยจนถึงตอนนี้ Riess, Scolnic และเพื่อนร่วมงานซึ่งสร้างด้วย JWST รายงานในรายงานที่ส่งไปยัง arXiv.org เมื่อวันที่ 21 สิงหาคม หากทีมของ Freedman เลือกกาแลคซีต่างๆ เพื่อสังเกตด้วย JWST พวกเขาจะได้ค่าคงที่ฮับเบิลที่มากขึ้น โต้แย้ง (ไม่มีเอกสารใดได้รับการตรวจสอบโดยผู้ทรงคุณวุฒิ และผลลัพธ์อาจเปลี่ยนแปลงได้ภายใต้การพิจารณาอย่างละเอียดเพิ่มเติม)
นักวิทยาศาสตร์กำลังทำงานร่วมกับข้อมูลชิ้นเล็กๆ ชิ้นแรกจาก JWST เพื่อไขปริศนานี้ “สิ่งที่ดีที่สุดที่เราสามารถทำได้คือใช้เวลา JWST ให้มากขึ้นเพื่อศึกษามาตราส่วนระยะทาง” นักดาราศาสตร์ John Blakeslee จาก NOIRLab ในทูซอน รัฐแอริโซนา ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับการวิจัยกล่าว
ฟรีดแมนต้องการมองหาปัญหาที่ไม่ปรากฏหลักฐานซึ่งเรียกว่าความไม่แน่นอนอย่างเป็นระบบที่อาจกดดันการประมาณการค่าคงที่ของฮับเบิลให้สูงขึ้นอย่างไม่คาดฝัน ข้อกังวลประการหนึ่งคือการเบียดเสียดกัน - ดาวหลายดวงรวมตัวกันอยู่ในที่เดียวกัน ซึ่งทำให้ขนาดของเซเฟอิดส์ผิดไป ปีที่แล้วทีมรีสในข้อมูล JWST (SN: 28/9/23- แต่ผลกระทบนั้นอาจจะโดดเด่นกว่าในระยะทางไกลกว่าที่เคยมีการศึกษากับ JWST จนถึงตอนนี้ ฟรีดแมนแนะนำ
หากนักวิทยาศาสตร์พบว่าการวัดระยะทางที่แตกต่างกันไม่เห็นด้วย นักจักรวาลวิทยา ซอล เพิร์ลมัทเทอร์ จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ ผู้ไม่เกี่ยวข้องกับการวิจัยกล่าว “ก็อาจบ่งบอกได้ว่าเรายังต้องลงลึกถึงจุดต่ำสุดของความไม่แน่นอนอย่างเป็นระบบก่อนจึงจะได้ เนื่องจากเกี่ยวข้องกับปัญหาสำคัญเกี่ยวกับแบบจำลองทางจักรวาลวิทยา”
แต่นักฟิสิกส์หลายคนมีความมั่นใจเกี่ยวกับความตึงเครียดของฮับเบิล ประการหนึ่ง วิธีการอื่นๆ มากมายยังพบว่ามีอัตราการขยายตัวที่สูงกว่าที่คาดไว้ นักจักรวาลวิทยา Eleonora Di Valentino จากมหาวิทยาลัยเชฟฟิลด์ในประเทศอังกฤษ ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการวิจัยกล่าว “ความตึงเครียดของฮับเบิลยังคงรุนแรงมาก”
“ผมมองว่าผลลัพธ์เหล่านี้สนับสนุน … ความจริงที่ว่าเรามีความแตกต่างระหว่างสิ่งที่เราคาดหวังจากแบบจำลองจักรวาลวิทยามาตรฐานของเรากับสิ่งที่เราเห็นจากการวัดเหล่านี้” ลอยด์ น็อกซ์ นักจักรวาลวิทยาจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เดวิส ผู้ไม่เกี่ยวข้องกับ ทั้งสองทีม
เขาตั้งข้อสังเกตว่าแบบจำลองทางจักรวาลวิทยามาตรฐานนั้นอาศัยพลังงานมืดลึกลับและสสารมืด “บางทีนี่อาจเป็นเบาะแสเกี่ยวกับจักรวาลอันมืดมิด และเราแค่ต้องหาวิธีตีความมัน”
