ทำไมกล้องโทรทรรศน์ใหม่ของ NASA ส่องความว่างเปล่า?

เมื่อต้นปีที่ผ่านมา การตัดงบประมาณที่รั่วไหล ได้สร้างเงาแห่งความมืดมิดเหนืออนาคตของกล้องโทรทรรศน์อวกาศ Nancy Grace Roman ของ NASA ซึ่งเป็นเครื่องมือมูลค่าหลายพันล้านดอลลาร์ที่มีความสามารถเทียบเท่า “200 Hubble” ตามที่ผู้เชี่ยวชาญกล่าว โชคดีที่ Roman (ดูเหมือน) จะรอดพ้นจากพายุงบประมาณและกำลัง แล่น ไปสู่วันที่เปิดตัวในปี 2027 หนึ่งในภารกิจแรกของกล้องโทรทรรศน์คือการจ้องมองเข้าไปในความว่างเปล่า อย่างแท้จริง

ความว่างเปล่าคือพื้นที่ที่มีประชากรเบาบางของจักรวาล เนื่องจากส่วนใหญ่ว่างเปล่านักวิจัยจึงสงสัยว่าพื้นที่เหล่านี้ถูกครอบงำโดย พลังงานมืด ซึ่งเป็นพลังสมมติที่เร่งการขยายตัวของจักรวาลของเรา เนื่องจากพลังงานมืดนั้น “มืด” จึงเป็นเรื่องยากอย่างยิ่งสำหรับนักวิทยาศาสตร์ที่จะศึกษาว่ามันส่งผลกระทบต่อสิ่งที่เราสามารถสังเกตได้เช่นกาแลคซีและการก่อตัวของดาวฤกษ์อย่างไร แต่เอกสารล่าสุดที่ตีพิมพ์ใน The Astrophysical Journal ได้วางแผนปฏิบัติการโดยละเอียดเพื่อใช้ความสามารถที่เพิ่มขึ้นของ Roman ในการทำเช่นนั้น – ตรวจสอบช่องว่าง “มืด” ที่กระจัดกระจายอยู่ทั่วจักรวาล

แนนซี เกรซ โรมัน เป็นบุคคลผู้บุกเบิกในวงการดาราศาสตร์อเมริกันในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 การมีส่วนร่วมของเธอในการพัฒนาและการเปิดตัวกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลได้เปลี่ยนแปลงความละเอียดที่มนุษยชาติสังเกตจักรวาล และกล้องโทรทรรศน์ที่ใช้ชื่อของเธอตั้งใจที่จะทำสิ่งที่คล้ายกัน แต่ดียิ่งขึ้น

เช่นเดียวกับกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ โรมันจับภาพจักรวาลในแสงอินฟราเรดและจะมีช่วงการสังเกตการณ์ที่ใหญ่กว่าฮับเบิลอย่างน้อย 100 เท่า ภารกิจของกล้องโทรทรรศน์แบ่งออกเป็นสามโปรแกรมซึ่งทั้งหมดนี้ออกแบบมาเพื่อใช้ประโยชน์จากความสามารถของเครื่องมือขนาดใหญ่ในการตรวจสอบกาแลคซี ดาวเคราะห์นอกระบบ ซูเปอร์โนวา หลุมดำและอื่น ๆ ได้ดีที่สุด

หนึ่งในภารกิจสำคัญคือการศึกษาความว่างเปล่าของจักรวาล ซึ่งจะเป็นส่วนหนึ่งของโครงการสำรวจพื้นที่กว้างละติจูดสูง (HLSS) ของ Roman ซึ่งใช้เลนส์ความโน้มถ่วงอย่างอ่อนและกลุ่มกาแลคซีเพื่อสำรวจต้นกำเนิดของการเร่งความเร็วของจักรวาล ในช่วงอายุการใช้งานของกล้องโทรทรรศน์ โรมันควรจะสามารถตรวจจับและวัดช่องว่างของจักรวาลได้หลายหมื่นช่อง ตามที่นักวิจัยอธิบายไว้ใน แถลงการณ์

งานวิจัยใหม่สนับสนุนทฤษฎีที่น่าขนลุกที่ว่าโลกตั้งอยู่ในช่องว่างของจักรวาลขนาดใหญ่

Giulia Degni ผู้ร่วมเขียนการศึกษาและนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์แห่ง Roma Tre University ในอิตาลีกล่าวเสริมในแถลงการณ์ว่า “ดังนั้นในการตรวจจับช่องว่างคุณต้องสามารถสังเกตกาแลคซีที่มีขนาดเล็กและจางได้มากขึ้น ด้วย Roman เราสามารถดูดียิ่งขึ้นที่กาแลคซีที่อาศัยอยู่ในช่องว่าง”

การรับข้อมูล Roman เป็นส่วนที่ง่าย สิ่งที่เกิดขึ้นต่อไปคือการวิเคราะห์สองส่วนเพื่อวิศวกรรมย้อนกลับลักษณะของพลังงานมืดตามที่นักวิจัยกล่าว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการกำหนดรูปร่าง 3 มิติของช่องว่างนักวิจัยจะแตะข้อมูล Roman เกี่ยวกับตำแหน่งของกาแลคซีและการเลื่อนสีแดงของจักรวาลวิทยาหรือการเปลี่ยนแปลงความยาวคลื่นของกาแลคซีในขณะที่มันเคลื่อนที่ออกห่างจากเรา

จากนั้นนักดาราศาสตร์สามารถคาดเดาได้อย่างมีข้อมูลเกี่ยวกับการแข็งตัวและการวิวัฒนาการของพลังงานมืดในช่วงเวลาทางดาราศาสตร์ กระบวนการนี้ค่อนข้างคล้ายกับการปะติดปะต่อสูตรเค้กที่ไม่รู้จักจากผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป Alice Pisani ผู้ร่วมเขียนการศึกษาและนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์แห่ง Princeton University อธิบายไว้ในการเปิดตัว

เธอกล่าวว่า “คุณพยายามใส่ส่วนผสมที่ถูกต้อง – สสารในปริมาณที่เหมาะสมพลังงานมืดในปริมาณที่เหมาะสม – แล้วคุณตรวจสอบว่าเค้กของคุณดูเป็นอย่างที่ควรจะเป็นหรือไม่” เธอกล่าว “ถ้าไม่เป็นเช่นนั้นหมายความว่าคุณใส่ส่วนผสมผิด”

นั่นอาจฟังดูค่อนข้างตามอำเภอใจ แต่นักดาราศาสตร์อาศัยแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่เป็นที่ยอมรับกันดีอยู่แล้วเพื่อเป็นแนวทาง ตามแบบจำลองดังกล่าวช่องว่างโดยทั่วไปควรเป็นทรงกลมเนื่องจากจักรวาลไม่มีตำแหน่งหรือทิศทางที่ต้องการ เพื่อทดสอบทฤษฎีนั้นนักวิจัยจะรวมสแต็กรวมสถิติหรือสแต็กภาพของช่องว่างของจักรวาลที่รวบรวมโดย Roman เพื่อค้นหารูปแบบที่สอดคล้องกัน

หากผลลัพธ์ไม่ได้เป็นสมมาตรทรงกลมมีบางอย่างผิดปกติไม่ว่าจะเป็นข้อมูลหรือ “สูตรจักรวาล” และเมื่อนักวิจัยได้ข้อสรุปที่ขัดแย้งกันนั่นคือเวลาที่มนุษยชาติจะได้เรียนรู้สิ่งใหม่ ๆ เกี่ยวกับจักรวาล

ที่กล่าวว่าทั้งหมดนี้จะไม่ได้เป็นในขณะที่ Roman ยังคงได้รับการทำงานขั้นสุดท้ายใน Maryland และจะต้องใช้เวลาอีกสองสามปีก่อนที่ข้อมูลจะเข้ามา แต่ตอนนี้เราค่อนข้างแน่ใจว่า Roman ไม่ได้ถูกยกเลิกฉันจะบอกว่าเราอยู่ในสิ่งที่น่าตื่นเต้น