งานวิจัยใหม่ชวนสงสัย: จุดจบจักรวาล?

หลังจากการระเบิดครั้งใหญ่ (Big Bang) จักรวาลของเราเริ่มขยายตัวในอัตราเร่ง ซึ่งนักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าเป็นผลมาจากพลังงานมืด (dark energy) แนวคิดนี้ ซึ่งได้รับรางวัลโนเบลในปี 2011 ได้กำหนดความเข้าใจของเราเกี่ยวกับการเติบโตของจักรวาลมานานหลายทศวรรษ แต่ล่าสุดมีงานวิจัยใหม่ที่เริ่มตั้งคำถามกับสมมติฐานนี้

ทีมนักวิจัยได้ค้นพบหลักฐานใหม่ที่บ่งชี้ว่าจักรวาลอาจกำลังชะลอตัวลงแล้ว แทนที่จะยังคงเร่งความเร็ว การวิเคราะห์นี้ ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 5 พฤศจิกายนใน Monthly Notices of the Royal Astronomical Society ทำให้เกิดความกังวลเกี่ยวกับทฤษฎีชั้นนำที่บ่งชี้ว่าพลังงานมืดเป็นตัวขับเคลื่อนการเร่งตัวของจักรวาลอย่างต่อเนื่อง

เนื่องจากผลการวิจัยขัดแย้งกับมุมมองที่เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไป บทความนี้จึงอาจเผชิญกับการตรวจสอบอย่างเข้มงวดจากชุมชนนักจักรวาลวิทยา แต่ถ้าเป็นจริง มันจะเพิ่มพูนหลักฐานที่บ่งชี้ว่าพลังงานมืดกำลังเปลี่ยนแปลง ไม่คงที่ ซึ่งจะวาดภาพอนาคตของจักรวาลของเราที่แตกต่างออกไป แท้จริงแล้ว งานวิจัยใหม่ชี้ให้เห็นว่า แทนที่จะดับสูญใน “Big Rip” จักรวาลจะเริ่มหดตัวลง โดยจะไปสิ้นสุดที่ “Big Crunch” ในอีกหลายพันล้านปีนับจากนี้

“หากผลลัพธ์ของเราได้รับการยืนยัน มันจะเป็นการเปลี่ยนแปลงกระบวนทัศน์ครั้งใหญ่ในจักรวาลวิทยา นับตั้งแต่การค้นพบพลังงานมืดเมื่อ 27 ปีที่แล้ว” Young-Wook Lee ผู้ร่วมเขียนงานวิจัยและนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัย Yonsei ในเกาหลีใต้ กล่าวกับ Gizmodo

การวิเคราะห์ใหม่นี้อาศัยการสังเกตการณ์ซูเปอร์โนวาประเภท Ia ซึ่งเป็นการระเบิดของดาวฤกษ์ที่มีลักษณะเฉพาะ และมีความสว่างที่สอดคล้องกัน ทำให้พวกมันเป็น “เทียนมาตรฐาน” สำหรับการวัดระยะทางของกาแลคซี เทียนมาตรฐานเหล่านี้ช่วยให้นักดาราศาสตร์วัดความเร็วที่ส่วนต่างๆ ของจักรวาลเคลื่อนที่ห่างจากเรา

เนื่องจากความน่าเชื่อถือของพวกมัน ซูเปอร์โนวาประเภท Ia จึงเป็นองค์ประกอบสำคัญในการคำนวณพลังงานมืดที่ได้รับรางวัลโนเบล เทียนมาตรฐานเหล่านี้ หรือซูเปอร์โนวา มีความสลัวกว่าที่นักวิทยาศาสตร์คาดไว้ ซึ่งนำพวกเขาไปสู่ข้อสรุปที่น่าตกใจอย่างมาก วัตถุในจักรวาลเคลื่อนที่เร็วกว่าที่คาดการณ์ไว้ มีบางสิ่งกำลังแทนที่แรงโน้มถ่วง สิ่งนั้นคือพลังงานมืด ดังนั้น แนวคิดที่ว่าจักรวาลไม่เพียงแต่ขยายตัว แต่ยังขยายตัวในอัตราที่เพิ่มขึ้น

อย่างไรก็ตาม ผลการวิจัยใหม่ ซึ่งรวมถึงข้อมูลจากกาแลคซี 300 แห่ง พบความสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งระหว่างขนาดมาตรฐานของซูเปอร์โนวาเหล่านี้กับอายุของดาวฤกษ์ที่ผลิตพวกมัน กล่าวอีกนัยหนึ่ง แสงที่สลัวกว่าของเทียนมาตรฐานเหล่านี้อาจเป็นผลมาจากอายุของดาวฤกษ์ที่เป็นเจ้าบ้าน และอาจไม่ “มาตรฐาน” หรือสอดคล้องกันอย่างที่คิด

Lee และเพื่อนร่วมงาน ชี้ให้เห็นถึงอคติทางอายุที่อาจเกิดขึ้น ในบทความปี 2020 สำหรับ The Astrophysical Journal แม้ว่าการศึกษาจะ เผชิญกับการวิพากษ์วิจารณ์ ในขณะนั้นเกี่ยวกับปัญหาการเลือกตัวอย่าง นอกจากนี้ยังจุดประกายให้เกิดการ แลกเปลี่ยน ทางวิชาการ สั้นๆ ระหว่าง Lee และ Adam Riess นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่ Johns Hopkins University และหนึ่งในผู้ได้รับรางวัลโนเบลที่อธิบายถึงพลังงานมืด

บทความใหม่นี้ใช้ชุดข้อมูลที่ใหญ่ขึ้นและใช้วิธีการที่รอบคอบกว่า แทนที่จะปฏิเสธพลังงานมืด มันชี้ให้เห็นว่าแรงอาจไม่คงที่อย่างที่เคยเชื่อกัน

การขยายตัวอย่างต่อเนื่องของจักรวาลยังคงเป็นทฤษฎีที่แพร่หลายในหมู่นักจักรวาลวิทยา ดังนั้นทีมนี้จึงมีแนวโน้มที่จะเผชิญกับการวิพากษ์วิจารณ์อีกครั้ง และแท้จริงแล้ว ผลลัพธ์ใหม่แตกต่างจาก งานวิจัยล่าสุด โดย Riess และผู้ร่วมงานที่สนับสนุนการเร่งตัวอย่างต่อเนื่อง

อย่างไรก็ตาม คราวนี้ทีมไม่ได้อยู่คนเดียวในการอ้างสิทธิ์เหล่านี้ ก่อนหน้านี้ในปีนี้ ผลการวิจัยอิสระจาก Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) ชี้ให้เห็นว่าพลังงานมืด และผลกระทบต่อจักรวาล อาจไม่คงที่ แต่มีการพัฒนาและอาจอ่อนแอลงเมื่อเวลาผ่านไป ในบทความใหม่ ทีมยังได้แก้ไขข้อมูลเพื่อให้สอดคล้องกับอคติที่เสนอ และพบว่าข้อมูลที่แก้ไขแล้วสอดคล้องกับผลลัพธ์ของ DESI ได้เป็นอย่างดี

ไม่ต้องสงสัยเลยว่า การรู้ว่าพลังงานมืดทำงานอย่างไรนั้นมีความสำคัญต่อ นักจักรวาลวิทยาที่พยายามทำนายชะตากรรมของจักรวาล การทำนายเหล่านี้แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับว่านักวิทยาศาสตร์ตีความรูปร่างของจักรวาล ปริมาณของพลังงานมืด และอิทธิพลของพลังงานมืดต่อการขยายตัวของจักรวาลอย่างไร

ตัวอย่างเช่น หากการขยายตัวของจักรวาลยังคงเร่งขึ้นตามมุมมองที่เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไป จักรวาลอาจถึงขีดจำกัดความโกลาหลสูงสุด และจะลอยอยู่เหนือศูนย์สัมบูรณ์เล็กน้อย “Big Freeze” นี้จะค่อยๆ ดับกระบวนการดาวฤกษ์ทั้งหมดที่รู้จักในจักรวาล อีกทางหนึ่ง การขยายตัวของจักรวาลอย่างต่อเนื่องอาจทำให้เกิด “Big Rip” ที่ทำให้สสารทั้งหมดสลายตัว

ทฤษฎีใหม่ที่เปลี่ยนแปลงเรื่องราวของจักรวาลในยุคแรก

ทั้งสองเรื่องนี้สมมติว่าพลังงานมืดเร่งการขยายตัวของจักรวาล แต่จะเกิดอะไรขึ้นหากการตรวจสอบในอนาคตยืนยันข้อสรุปของ DESI และบทความใหม่ ที่ว่าพลังงานมืดมีการพัฒนา หรือถดถอย? นั่นจะรับประกันการทบทวนแบบขายส่งของแบบจำลองจักรวาลวิทยาของเรา Lee อธิบาย

“หากจักรวาลกำลังชะลอตัวลงแล้ว นี่จะเปลี่ยนชะตากรรมสุดท้ายของจักรวาล” เขากล่าว “แทนที่จะจบลงด้วย ‘Big Rip’ ตอนนี้ ‘Big Crunch’ เป็นไปได้”

กล่าวโดยสรุป สถานการณ์ “Big Crunch” จะนำไปสู่การที่จักรวาลยุบตัวลง โดยใช้ชีวิตช่วงสุดท้ายเป็นลูกไฟขนาดยักษ์ที่ลุกไหม้ด้วยอุณหภูมิใกล้เคียงอนันต์ ที่กล่าวว่า โอกาสของสถานการณ์หนึ่งเหนืออีกสถานการณ์หนึ่ง “ขึ้นอยู่กับธรรมชาติที่แท้จริงของพลังงานมืดและความหนาแน่นที่แน่นอนของจักรวาล ซึ่งเรายังไม่ทราบคำตอบ” Lee กล่าว

ขณะนี้ Lee และเพื่อนร่วมงานกำลังรอข้อมูลรอบใหม่จาก Vera Rubin Observatory แผนคือ ดำเนินการตรวจสอบที่คล้ายกันกับตัวอย่างจากกาแลคซี 20,000 แห่ง เขากล่าว