งานวิจัยใหม่! ชะตากรรมจักรวาลอยู่ในความสงสัย

หลังจากการระเบิดครั้งใหญ่ (Big Bang) จักรวาลของเราเริ่มขยายตัวในอัตราเร่ง ซึ่งนักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าเป็นผลมาจากพลังงานมืด (dark energy) แนวคิดนี้ซึ่งทำให้ผู้ค้นพบได้รับรางวัลโนเบลในปี 2554 ได้กำหนดความเข้าใจของเราเกี่ยวกับการเติบโตของจักรวาลมานานหลายทศวรรษ แต่ตอนนี้ งานวิจัยใหม่กำลังเริ่มท้าทายสมมติฐานที่ยึดถือกันมานานนี้

ทีมวิจัยได้ค้นพบหลักฐานใหม่ที่บ่งชี้ว่าจักรวาลอาจกำลังชะลอตัวลงแล้ว แทนที่จะเร่งความเร็วขึ้นเรื่อยๆ การวิเคราะห์นี้ซึ่งตีพิมพ์เมื่อวันที่ 5 พฤศจิกายนใน Monthly Notices of the Royal Astronomical Society ทำให้เกิดข้อสงสัยเกี่ยวกับทฤษฎีชั้นนำที่ระบุว่าพลังงานมืดกำลังขับเคลื่อนการเร่งความเร็วอย่างต่อเนื่องของจักรวาล

เนื่องจากผลการวิจัยขัดแย้งกับมุมมองที่เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไป บทความนี้จึงอาจเผชิญกับการตรวจสอบอย่างเข้มงวดจากชุมชนนักจักรวาลวิทยา แต่ถ้าเป็นจริง มันจะเพิ่มพูนหลักฐานที่บ่งชี้ว่าพลังงานมืดกำลังเปลี่ยนแปลง ไม่คงที่ ซึ่งเป็นการวาดภาพอนาคตของจักรวาลของเราที่แตกต่างออกไป อันที่จริง งานวิจัยใหม่ชี้ให้เห็นว่า แทนที่จะดับไปใน “การฉีกครั้งใหญ่” (great rip) จักรวาลจะเริ่มหดตัวลง โดยจะถึงจุดสุดยอดใน “การบีบตัวครั้งใหญ่” (big crunch) ในอีกหลายพันล้านปีนับจากนี้

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

การวิเคราะห์ใหม่นี้อาศัยการสังเกตการณ์ซูเปอร์โนวาประเภท Ia ซึ่งเป็นปรากฏการณ์การระเบิดของดาวฤกษ์ที่มีลักษณะเฉพาะ ความสว่างที่สม่ำเสมอและแท้จริงของซูเปอร์โนวาประเภทนี้ ทำให้พวกมันกลายเป็น “เทียนไขมาตรฐาน” สำหรับการวัดระยะทางของกาแล็กซี เทียนไขมาตรฐานเหล่านี้ช่วยให้นักดาราศาสตร์วัดความเร็วที่ส่วนต่างๆ ของจักรวาลเคลื่อนที่หนีห่างจากเราได้

ด้วยความน่าเชื่อถือของพวกมัน ซูเปอร์โนวาประเภท Ia จึงเป็นองค์ประกอบสำคัญในการคำนวณพลังงานมืดที่ได้รับรางวัลโนเบล เทียนไขมาตรฐานเหล่านี้ ซึ่งก็คือซูเปอร์โนวา สลัวกว่าที่นักวิทยาศาสตร์คาดไว้ ทำให้พวกเขาได้ข้อสรุปที่ค่อนข้างน่าตกใจว่า วัตถุในกาแล็กซีกำลังเคลื่อนที่ออกจากโลกเร็วกว่าที่คาดการณ์ไว้ มีบางสิ่งกำลัง overriding แรงโน้มถ่วง สิ่งนั้นคือพลังงานมืด ดังนั้นจึงเกิดแนวคิดที่ว่าจักรวาลไม่เพียงแต่ขยายตัว แต่ยังขยายตัวในอัตราที่เพิ่มขึ้น

อย่างไรก็ตาม ผลการวิจัยใหม่ซึ่งรวมถึงข้อมูลจาก 300 กาแล็กซี พบความสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งระหว่างขนาดที่ได้มาตรฐานของซูเปอร์โนวาเหล่านี้กับอายุของดาวฤกษ์ที่สร้างพวกมัน กล่าวอีกนัยหนึ่ง แสงที่สลัวกว่าของเทียนไขมาตรฐานเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะเป็นผลมาจากอายุของดาวฤกษ์ที่เป็นเจ้าบ้าน และอาจจะไม่ “มาตรฐาน” หรือสอดคล้องกันอย่างที่คิด

Lee และเพื่อนร่วมงาน ชี้ให้เห็นถึงอคติทางอายุที่อาจเกิดขึ้น ในบทความปี 2020 สำหรับ The Astrophysical Journal แม้ว่าการศึกษาจะเผชิญกับการวิพากษ์วิจารณ์ ในขณะนั้น เกี่ยวกับปัญหาการเลือกตัวอย่าง นอกจากนี้ยังกระตุ้นให้เกิดการ แลกเปลี่ยน ทางวิชาการ ระหว่าง Lee และ Adam Riess นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์จาก Johns Hopkins University และหนึ่งในผู้ได้รับรางวัลโนเบลผู้ที่อธิบายถึงพลังงานมืด

บทความใหม่นี้ใช้ชุดข้อมูลที่ใหญ่ขึ้นและใช้วิธีการที่วัดผลได้มากกว่า แทนที่จะปฏิเสธพลังงานมืด มันชี้ให้เห็นว่าแรงนี้อาจไม่ได้คงที่อย่างที่เคยเชื่อกันก่อนหน้านี้

การขยายตัวอย่างต่อเนื่องของจักรวาลยังคงเป็นทฤษฎีที่แพร่หลายในหมู่นักจักรวาลวิทยา ดังนั้นทีมนี้จึงมีแนวโน้มที่จะเผชิญกับการวิพากษ์วิจารณ์อีกครั้ง และแท้จริงแล้ว ผลลัพธ์ใหม่แตกต่างจาก งานวิจัยล่าสุด ของ Riess และผู้ร่วมงาน ที่สนับสนุนการเร่งความเร็วอย่างต่อเนื่อง

อย่างไรก็ตาม คราวนี้ทีมวิจัยไม่ได้อยู่คนเดียวในการกล่าวอ้างนี้ ก่อนหน้านี้ในปีนี้ ผลการวิจัย อิสระจาก Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) ชี้ให้เห็นว่าพลังงานมืด และผลกระทบต่อจักรวาล อาจไม่ได้คงที่ แต่อาจมีการพัฒนาและอาจอ่อนแอลงเมื่อเวลาผ่านไป ในบทความใหม่นี้ ทีมวิจัยยังได้แก้ไขข้อมูลเพื่อให้สอดคล้องกับอคติที่เสนอ และพบว่าข้อมูลที่ปรับปรุงสอดคล้องกับผลลัพธ์ของ DESI ได้ดี

คงไม่ต้องบอกว่า การรู้ว่าพลังงานมืดทำงานอย่างไรอย่างแม่นยำเป็นสิ่งสำคัญสำหรับนักจักรวาลวิทยาที่พยายามทำนายชะตากรรมของจักรวาล การคาดการณ์เหล่านี้แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับว่านักวิทยาศาสตร์ตีความรูปร่างของจักรวาล ปริมาณพลังงานมืด และอิทธิพลของพลังงานมืดต่อการขยายตัวของจักรวาลอย่างไร

ตัวอย่างเช่น หากการขยายตัวของจักรวาลยังคงเร่งตัวขึ้นตามมุมมองที่เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไป จักรวาลอาจไปถึงขีดจำกัดความโกลาหลและจะลอยอยู่เหนือศูนย์องศาสัมบูรณ์เล็กน้อย “การแช่แข็งครั้งใหญ่” (Big Freeze) นี้จะค่อยๆ ดับกระบวนการของดาวฤกษ์ทั้งหมดที่รู้จักในจักรวาล หรือการขยายตัวอย่างต่อเนื่องของจักรวาลอาจทำให้เกิด “การฉีกครั้งใหญ่” (Big Rip) ที่ทำให้สสารทั้งหมดสลายไป

ทฤษฎีใหม่สุดขั้ว เขียนเรื่องราวของจักรวาลยุคแรกสุดใหม่

ทั้งสองเรื่องนี้ถือว่าพลังงานมืดเร่งการขยายตัวของจักรวาล แต่จะเกิดอะไรขึ้นหากการตรวจสอบในอนาคตยืนยันข้อสรุปของ DESI และบทความใหม่ ที่ว่าพลังงานมืดมีการพัฒนา หรือเสื่อมลง นั่นจะรับประกันการทบทวนแบบขายส่งของแบบจำลองจักรวาลวิทยาของเรา Lee อธิบาย

“ถ้าจักรวาลกำลังชะลอตัวลงแล้ว สิ่งนี้จะเปลี่ยนชะตากรรมสุดท้ายของจักรวาล” เขากล่าว “แทนที่จะจบลงด้วย ‘การฉีกครั้งใหญ่’ ตอนนี้ ‘การบีบตัวครั้งใหญ่’ ก็มีความเป็นไปได้”

พูดง่ายๆ ก็คือ สถานการณ์ “การบีบตัวครั้งใหญ่” จะนำไปสู่การที่จักรวาลยุบตัวลงบนตัวเอง โดยจะมีชีวิตอยู่ในช่วงเวลาสุดท้ายในฐานะลูกไฟขนาดยักษ์ที่เผาไหม้ที่อุณหภูมิใกล้เคียงอนันต์ กล่าวคือ ความน่าจะเป็นของสถานการณ์หนึ่งเหนืออีกสถานการณ์หนึ่ง “ขึ้นอยู่กับธรรมชาติที่แท้จริงของพลังงานมืดและความหนาแน่นที่แน่นอนของจักรวาล ซึ่งเรายังไม่ทราบคำตอบ” Lee กล่าว

ณ ตอนนี้ Lee และเพื่อนร่วมงานกำลังรอข้อมูลรอบต่อไปจาก Vera Rubin Observatory แผนคือการดำเนินการตรวจสอบที่คล้ายกันกับตัวอย่างจาก 20,000 กาแล็กซี เขากล่าว