งานวิจัยใหม่: ชะตากรรมสุดท้ายของจักรวาล?

หลังจากการระเบิดครั้งใหญ่ (Big Bang) จักรวาลของเราเริ่มต้นขยายตัวในอัตราเร่ง ซึ่งนักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าเป็นผลมาจากพลังงานมืด (dark energy) แนวคิดนี้ ซึ่งได้รับรางวัลโนเบลในปี 2011 ได้กำหนดความเข้าใจของเราเกี่ยวกับการเติบโตของจักรวาลมานานหลายทศวรรษ แต่งานวิจัยใหม่เริ่มตั้งคำถามกับสมมติฐานที่ยึดถือกันมานานนี้

ทีมนักวิจัยได้ค้นพบหลักฐานใหม่ที่บ่งชี้ว่าจักรวาลอาจกำลังชะลอตัวลงแล้ว แทนที่จะเร่งความเร็วขึ้น การวิเคราะห์นี้ ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 5 พฤศจิกายนในวารสาร Monthly Notices of the Royal Astronomical Society แสดงให้เห็นถึงอุปสรรคต่อทฤษฎีชั้นนำที่บ่งชี้ว่าพลังงานมืดเป็นตัวขับเคลื่อนความเร่งอย่างต่อเนื่องของจักรวาล

เนื่องจากผลการวิจัยขัดแย้งกับมุมมองที่แพร่หลาย บทความนี้จึงน่าจะเผชิญกับการตรวจสอบอย่างเข้มงวดจากชุมชนจักรวาลวิทยา แต่ถ้าเป็นจริง มันจะเพิ่มพูนหลักฐานที่บ่งชี้ว่าพลังงานมืดกำลังเปลี่ยนแปลง ไม่คงที่ ซึ่งวาดภาพอนาคตที่แตกต่างออกไปของจักรวาลของเรา อันที่จริง งานวิจัยใหม่ชี้ให้เห็นว่า แทนที่จะดับมอดใน “การฉีกครั้งใหญ่” (great rip) จักรวาลจะเริ่มหดตัวลง culminating ใน “การบีบอัดครั้งใหญ่” (big crunch) ในอีกหลายพันล้านปีนับจากนี้

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

การวิเคราะห์ใหม่นี้อาศัยการสังเกตซูเปอร์โนวาประเภท Ia ซึ่งเป็นการระเบิดของดาวฤกษ์ที่มีลักษณะเฉพาะ ซึ่งความสว่างที่สอดคล้องกันโดยธรรมชาติทำให้พวกมันเป็น “เทียนมาตรฐาน” สำหรับการวัดระยะทางของกาแลคซี เทียนมาตรฐานเหล่านี้ช่วยให้นักดาราศาสตร์วัดความเร็วที่ส่วนต่างๆ ของจักรวาลเคลื่อนที่ห่างจากเรา

ด้วยความน่าเชื่อถือของพวกมัน ซูเปอร์โนวาประเภท Ia จึงเป็นองค์ประกอบสำคัญในการคำนวณพลังงานมืดที่ได้รับรางวัลโนเบล เทียนมาตรฐานเหล่านี้ – ซูเปอร์โนวาเหล่านี้ – สลัวกว่าที่นักวิทยาศาสตร์คาดไว้ นำพวกเขาไปสู่ข้อสรุปที่ค่อนข้างน่าตกใจ: วัตถุในกาแลคซีเคลื่อนที่เร็วกว่าที่คาดการณ์ไว้ มีบางสิ่งกำลังแทนที่แรงโน้มถ่วง สิ่งนั้นคือพลังงานมืด ดังนั้นแนวคิดที่ว่าจักรวาลไม่ได้ขยายตัวเท่านั้น แต่ยังขยายตัวในอัตราที่เพิ่มขึ้น

อย่างไรก็ตาม ผลการวิจัยใหม่ ซึ่งรวมถึงข้อมูลจาก 300 กาแลคซี พบว่ามีความสัมพันธ์อย่างมากระหว่างขนาดมาตรฐานของซูเปอร์โนวาเหล่านี้กับอายุของดาวฤกษ์ที่สร้างมันขึ้นมา กล่าวอีกนัยหนึ่ง แสงที่สลัวกว่าของเทียนมาตรฐานเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะเป็นผลมาจากอายุของดาวฤกษ์ที่เป็นเจ้าบ้าน และอาจไม่ “มาตรฐาน” หรือสอดคล้องกันมากนัก

Lee และเพื่อนร่วมงานชี้ให้เห็นถึงอคติทางอายุที่อาจเกิดขึ้นเป็นครั้งแรกในบทความปี 2020 สำหรับ The Astrophysical Journal แม้ว่าการศึกษาจะเผชิญกับการวิพากษ์วิจารณ์ในขณะนั้นเกี่ยวกับปัญหาการเลือกตัวอย่าง นอกจากนี้ยังจุดประกายการแลกเปลี่ยนทางวิชาการสั้นๆ ระหว่าง Lee และ Adam Riess นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์จาก Johns Hopkins University และหนึ่งในผู้ได้รับรางวัลโนเบลที่อธิบายถึงพลังงานมืด

บทความใหม่ใช้ชุดข้อมูลขนาดใหญ่ขึ้นและใช้วิธีการที่รอบคอบกว่า แทนที่จะปฏิเสธพลังงานมืด มันชี้ให้เห็นว่าแรงอาจไม่คงที่อย่างที่เคยเชื่อกันก่อนหน้านี้

การขยายตัวอย่างต่อเนื่องของจักรวาลยังคงเป็นทฤษฎีที่แพร่หลายในหมู่นักจักรวาลวิทยา ดังนั้นทีมนี้จึงน่าจะเผชิญกับการวิพากษ์วิจารณ์อีกครั้ง และแน่นอนว่าผลลัพธ์ใหม่แตกต่างจากงานล่าสุดโดย Riess และผู้ร่วมงานที่สนับสนุนความเร่งอย่างต่อเนื่อง

คราวนี้ ทีมงานไม่ได้อยู่คนเดียวในการอ้างสิทธิ์นี้ ก่อนหน้านี้ในปีนี้ ผลการวิจัยอิสระจาก Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) ชี้ให้เห็นว่าพลังงานมืด – และผลกระทบต่อจักรวาล อาจไม่คงที่ แต่อาจมีการพัฒนาและอ่อนแอลงเมื่อเวลาผ่านไป ในบทความใหม่ ทีมงานยังได้แก้ไขข้อมูลเพื่ออธิบายถึงอคติที่เสนอ และพบว่าข้อมูลที่แก้ไขแล้วสอดคล้องกับผลลัพธ์ของ DESI ได้เป็นอย่างดี

ไม่จำเป็นต้องพูดว่า การรู้วิธีการทำงานของพลังงานมืดอย่างแน่ชัดเป็นสิ่งสำคัญสำหรับนักจักรวาลวิทยาที่พยายามทำนายชะตากรรมของจักรวาล การคาดการณ์เหล่านี้แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับว่านักวิทยาศาสตร์ตีความรูปร่างของจักรวาล ปริมาณพลังงานมืด และอิทธิพลของพลังงานมืดต่อการขยายตัวของจักรวาลอย่างไร

ตัวอย่างเช่น หากการขยายตัวของจักรวาลยังคงเร่งตัวขึ้นตามมุมมองที่แพร่หลาย จักรวาลอาจถึงขีดจำกัดความโกลาหลสูงสุดและจะลอยอยู่เหนือศูนย์สัมบูรณ์เล็กน้อย “การแช่แข็งครั้งใหญ่” นี้จะค่อยๆ ดับกระบวนการของดาวฤกษ์ทั้งหมดที่รู้จักในจักรวาล หรืออีกทางหนึ่ง การขยายตัวอย่างต่อเนื่องของจักรวาลอาจทำให้เกิด “การฉีกครั้งใหญ่” ที่ทำให้สสารทั้งหมดสลายตัว

สมมติฐานทั้งสองนี้ถือว่าพลังงานมืดเร่งการขยายตัวของจักรวาล แต่จะเกิดอะไรขึ้นหากการตรวจสอบในอนาคตยืนยันข้อสรุปของ DESI และบทความใหม่ ที่ว่าพลังงานมืดมีการพัฒนา – หรือลดลง นั่นจะรับประกันการทบทวนแบบขายส่งของแบบจำลองจักรวาลวิทยาของเรา Lee อธิบาย

“หากจักรวาลกำลังชะลอตัวลงแล้ว สิ่งนี้จะเปลี่ยนชะตากรรมสุดท้ายของจักรวาล” เขากล่าว “แทนที่จะลงเอยด้วย ‘การฉีกครั้งใหญ่’ ตอนนี้ ‘การบีบอัดครั้งใหญ่’ เป็นไปได้”

กล่าวอย่างง่ายๆ สถานการณ์ “การบีบอัดครั้งใหญ่” จะนำไปสู่การที่จักรวาลยุบตัวลงบนตัวเอง โดยอาศัยช่วงเวลาสุดท้ายเป็นลูกไฟขนาดยักษ์ที่ลุกไหม้ที่อุณหภูมิใกล้เคียงอนันต์ กล่าวคือ ความน่าจะเป็นของสถานการณ์หนึ่งเหนืออีกสถานการณ์หนึ่ง “ขึ้นอยู่กับธรรมชาติที่แท้จริงของพลังงานมืดและความหนาแน่นที่แน่นอนของจักรวาล ซึ่งเรายังไม่ทราบคำตอบ” Lee กล่าว

ณ ตอนนี้ Lee และเพื่อนร่วมงานกำลังรอข้อมูลรอบถัดไปจาก Vera Rubin Observatory แผนคือดำเนินการตรวจสอบที่คล้ายกันกับตัวอย่างจาก 20,000 กาแลคซี เขากล่าว

ชะตากรรมสุดท้ายของจักรวาล

งานวิจัยใหม่เกี่ยวกับชะตากรรมสุดท้ายของจักรวาล

งานวิจัยนี้อาจเปลี่ยนความเข้าใจเรื่อง ชะตากรรมสุดท้ายของจักรวาล ที่เราคุ้นเคย นอกจากนี้ยังอาจส่งผลกระทบต่อทฤษฎีที่มีอยู่มากมายเกี่ยวกับเรื่องนี้ หนึ่งในผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นคือ ชะตากรรมสุดท้ายของจักรวาล อาจไม่ได้จบลงด้วยการขยายตัวอย่างต่อเนื่อง แต่เป็นการหดตัวและยุบตัวลงในที่สุด

แน่นอนว่า ชะตากรรมสุดท้ายของจักรวาล ยังคงเป็นหัวข้อที่ต้องมีการศึกษาและวิจัยเพิ่มเติมอย่างต่อเนื่อง และผลลัพธ์จากการศึกษาในอนาคตอาจเปลี่ยนแปลงความเข้าใจของเราเกี่ยวกับจักรวาลไปอย่างสิ้นเชิง ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่เราต้องติดตามความก้าวหน้าในด้านนี้อย่างใกล้ชิด

ที่มา – New Research Throws the Ultimate Fate of the Universe Into Question