เอกภพขยายตัวด้วยอัตราเร่ง

ทีมนักดาราศาสตร์ 3 คน ซึ่งเป็นผู้ค้นพบว่าเอกภพขยายตัวด้วยอัตราเร่ง ได้รับคัดเลือกให้เป็นผู้คว้ารางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปีนี้

โดย..วรเชษฐ์ บุญปลอด

ทีมนักดาราศาสตร์ 3 คน ซึ่งเป็นผู้ค้นพบว่าเอกภพขยายตัวด้วยอัตราเร่ง ได้รับคัดเลือกให้เป็นผู้คว้ารางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปีนี้ โดยตัวการที่ทำให้เกิดปรากฏการณ์ดังกล่าวคือสิ่งที่เรียกว่าพลังงานมืด ซึ่งถือได้ว่าเป็นการค้นพบทางดาราศาสตร์ที่นำความก้าวหน้ามาสู่วงการฟิสิกส์ครั้งสำคัญครั้งหนึ่งในประวัติศาสตร์

ทศวรรษ 1970 วีรา รูบิน (Vera Rubin) สังเกตพบว่าดาวฤกษ์ที่อยู่ขอบด้านนอกของดาราจักรชนิดก้นหอยมีการเคลื่อนที่รอบศูนย์กลางดาราจักรด้วยอัตราเร็วใกล้เคียงกับดาวที่อยู่ใกล้ศูนย์กลางมากกว่า แทนที่จะช้าลงตามระยะห่าง ผลการสังเกตการณ์นี้ขัดแย้งกับหลักกลศาสตร์ของนิวตัน แสดงว่าในดาราจักรยังมีสสารที่มองไม่เห็นคอยฉุดดาวเหล่านั้นไว้ เรียกสิ่งนั้นว่า “สสารมืด” (Dark Matter) นอกจากสสารมืดแล้ว เมื่อ 13 ปีก่อน นักดาราศาสตร์ยังได้ค้นพบปรากฏการณ์เกี่ยวกับการขยายตัวของเอกภพที่แสดงว่ามีสิ่งที่มองไม่เห็นอีกอย่างหนึ่ง นั่นคือ “พลังงานมืด” (Dark Energy)

บิ๊กแบง (Big Bang) เป็นทฤษฎีว่าด้วยการกำเนิดและวิวัฒนาการของเอกภพซึ่งเป็นที่ยอมรับกันมากที่สุด ทฤษฎีนี้อธิบายว่าหลังเอกภพกำเนิดขึ้นเมื่อราว 1.37 หมื่นล้านปีก่อน เอกภพได้ขยายตัวต่อมาเรื่อยๆ นักดาราศาสตร์เชื่อว่าเมื่อถึงจุดหนึ่ง แรงโน้มถ่วงภายในเอกภพจะทำให้อัตราการขยายตัวชะลอลง หากสสารและพลังงานภายในเอกภพมีอยู่ไม่มากพอ อัตราการขยายตัวของเอกภพอาจช้าลงจนกระทั่งคงที่ แต่หากภายในเอกภพมีสสารและพลังงานอยู่มาก แรงโน้มถ่วงจะดึงให้เอกภพยุบตัวเข้าหากัน นำไปสู่จุดจบที่เรียกว่าบิ๊กครันช์ (Big Crunch)

 

ทศวรรษ 1990 มีนักดาราศาสตร์ 2 ทีม ที่พยายามวัดการขยายตัวของเอกภพโดยการสังเกตซูเปอร์โนวา ทีมหนึ่งนำโดย ซอล เพิร์ลมัตเทอร์ (Saul Perlmutter) ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอว์เรนซ์เบิร์กลีย์ อีกทีมหนึ่งนำโดย ไบรอัน ชมิดต์ (Brian Schmidt) ที่มหาวิทยาลัยแห่งชาติออสเตรเลีย ร่วมกับ อดัม รีสส์ (Adam Riess) จากมหาวิทยาลัยจอห์นฮอปกินส์

ซูเปอร์โนวาเป็นการระเบิดอย่างรุนแรงของดาวฤกษ์ อาจแบ่งเป็น 2 ชนิดใหญ่ๆ ซูเปอร์โนวาชนิด 1 เอ (Type I a) เป็นชนิดย่อยชนิดหนึ่ง เกิดในระบบดาวคู่ที่ดาวดวงหนึ่งเป็นดาวแคระขาว นักดาราศาสตร์ใช้ซูเปอร์โนวาชนิดนี้เป็น “เปลวเทียนมาตรฐาน” สำหรับวัดระยะห่างระหว่างเราถึงซูเปอร์โนวานั้น เนื่องจากมันมีการเปลี่ยนแปลงความสว่างในแบบเฉพาะตัว ไม่ว่าเกิดซูเปอร์โนวาชนิดนี้ขึ้นที่ใด ความสว่างสูงสุดของมันจะเท่ากันเมื่อสังเกตจากระยะห่างที่เท่ากัน

การสังเกตซูเปอร์โนวาชนิด 1 เอ โดยนักดาราศาสตร์ทั้งสองทีมในช่วงปลาย ค.ศ. 1997 ถึงต้น ค.ศ. 1998 ต่างก็ได้ข้อสรุปที่พลิกความคาดหมาย พวกเขาพบว่าซูเปอร์โนวาที่อยู่ไกล เคลื่อนที่ห่างออกไปด้วยอัตราเร็วมากกว่าซูเปอร์โนวาที่อยู่ใกล้หลายเท่า แสดงว่าอัตราการขยายตัวของเอกภพไม่ได้ลดลงอย่างที่คิดไว้ในตอนแรก ตรงกันข้าม เอกภพกำลังขยายตัวด้วยอัตราเร็วที่เพิ่มขึ้น แสดงว่ามีสิ่งอื่นที่ผลักดันให้เอกภพยังคงขยายตัวต่อไปด้วยอัตราเร่ง

ไมเคิล เทอร์เนอร์ นักฟิสิกส์ทฤษฎีที่มหาวิทยาลัยชิคาโก เป็นคนแรกที่เรียกสิ่งนั้นว่า “พลังงานมืด” การสังเกตการณ์ด้วยวิธีการอื่นต่างก็สนับสนุนการมีอยู่ของพลังงานมืด ตัวเลขที่ยอมรับกันในปัจจุบันคาดว่าขณะนี้เอกภพมีพลังงานมืดเป็นสัดส่วนอยู่มากถึงร้อยละ 73 สสารมืดร้อยละ 23 ที่เหลืออีกร้อยละ 4 คืออะตอมของสสารที่ประกอบขึ้นเป็นสิ่งต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ ดาวหาง ฯลฯ รวมทั้งร่างกายของเรา

นักดาราศาสตร์พอจะทราบแล้วว่าพลังงานมืดในเอกภพดูเหมือนจะมีคุณสมบัติต้านแรงโน้มถ่วง อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันนี้เรายังไม่สามารถตรวจพบหลักฐานเชิงประจักษ์ของพลังงานมืดได้ สมบัติทางฟิสิกส์ที่แท้จริงของพลังงานมืดจึงยังคงเป็นปริศนาลึกลับที่ดำมืดไม่แพ้กัน

ปรากฏการณ์ท้องฟ้า (9–16 ต.ค.)

เมื่อสังเกตจากโลก ดาวศุกร์กำลังเคลื่อนห่างดวงอาทิตย์มากขึ้นเรื่อยๆ หากท้องฟ้ายามสนธยาไม่มีเมฆบดบัง จะมีโอกาสเห็นดาวศุกร์อยู่ต่ำใกล้ขอบฟ้าทิศตะวันตก

ดาวพฤหัสบดีอยู่ในกลุ่มดาวแกะ เริ่มปรากฏเหนือขอบฟ้าทิศตะวันออกที่มุมเงย 10 องศา ตั้งแต่เวลาเกือบ 20.00 น. เคลื่อนสูงขึ้นไปอยู่เหนือศีรษะในเวลาประมาณ 01.30 น. จากนั้นคล้อยต่ำลงไปทางทิศตะวันตกในเวลาเช้ามืด ดาวอังคารยังคงอยู่ในกลุ่มดาวปู เริ่มเห็นได้เหนือขอบฟ้าทิศตะวันออกตั้งแต่เวลาประมาณ 02.00 น. และขึ้นไปอยู่สูงที่มุมเงย 50 องศา ในเวลาเช้ามืด

วันที่ 12 ต.ค. ดวงจันทร์อยู่ตรงข้ามกับดวงอาทิตย์ จึงเห็นดวงจันทร์สว่างเต็มดวง ขึ้นเหนือขอบฟ้าขณะดวงอาทิตย์ตก และตกลับขอบฟ้าขณะดวงอาทิตย์ขึ้น คืนนั้นจะสังเกตเห็นดาวพฤหัสบดีเป็นดาวสว่างอยู่ไม่ไกลจากดวงจันทร์มากนัก ค่ำวันที่ 13 ต.ค. ดวงจันทร์ผ่านใกล้ดาวพฤหัสบดีมากที่สุดในเดือนนี้ที่ระยะ 4 องศา จากนั้นดวงจันทร์จะอยู่ใกล้กระจุกดาวลูกไก่ในเวลาราว 21.00 น. ของคืนวันที่ 15 ต.ค. แต่อาจสังเกตกระจุกดาวลูกไก่ในคืนนั้นได้ยาก เนื่องจากแสงจันทร์สว่างมาก

ค่ำวันอังคารที่ 11 ต.ค. สถานีอวกาศนานาชาติจะโคจรผ่านเหนือท้องฟ้าประเทศไทย เห็นเป็นดาวสว่างข้ามท้องฟ้ากรุงเทพฯ และพื้นที่ใกล้เคียงจะเห็นสถานีอวกาศในช่วงเวลาประมาณ 18.5518.59 น. เริ่มปรากฏใกล้ขอบฟ้าทิศใต้ จากนั้นเคลื่อนสูงไปทางซ้ายมือ ทำมุมเงยสูงสุดราว 30 องศา ก่อนจะหายเข้าไปในเงามืดของโลกทางทิศตะวันออกเฉียงใต้

เช้ามืดวันพฤหัสบดีที่ 13 ต.ค. สถานีอวกาศปรากฏในช่วงเวลาประมาณ 05.2205.28 น. เริ่มที่ขอบฟ้าทิศตะวันตกเฉียงเหนือ จากนั้นเคลื่อนสูงไปทางซ้ายมือ ทำมุมเงยสูงสุดราว 75 องศา แล้วเคลื่อนต่ำลง หายลับไปใกล้ขอบฟ้าทิศตะวันออกเฉียงใต้

การขยายตัวของเอกภพนับจากบิ๊กแบง แรงโน้มถ่วงพยายามดึงให้เอกภพยุบเข้าหากัน แต่พลังงานมืดผลักดันให้เอกภพขยายตัวด้วยอัตราเร่ง (ภาพ – Royal Swedish Academy of Sciences)