การปะทะกันของตัวเลขจักรวาลท้าทายทฤษฎีจักรวาลที่ดีที่สุดของเรา | นิตยสารควอนต้า

ในช่วงต้นทศวรรษ 2000 ดูเหมือนว่านักจักรวาลวิทยาได้ไขปริศนาที่ใหญ่ที่สุดและซับซ้อนที่สุด นั่นคือ วิธีการทำงานของจักรวาล

“มีช่วงเวลาที่น่าทึ่งนี้ที่ทันใดนั้น ชิ้นส่วนทั้งหมดในจักรวาลวิทยาก็มารวมกัน” กล่าว เจ. โคลิน ฮิลล์นักจักรวาลวิทยาเชิงทฤษฎีแห่งมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย

วิธีทั้งหมดในการศึกษาจักรวาล - การทำแผนที่กาแลคซีและโครงสร้างที่ใหญ่ขึ้น การจับการระเบิดของดาวฤกษ์ที่เป็นหายนะที่เรียกว่าซูเปอร์โนวา การคำนวณระยะทางไปยังดาวฤกษ์ที่แปรผัน วัดแสงจักรวาลที่ตกค้างจากเอกภพในยุคแรก ๆ - เล่าเรื่องราวที่ "ดูเหมือนจะทับซ้อนกัน" ฮิลล์กล่าว

กาวที่รวบรวมเรื่องราวไว้ด้วยกันถูกค้นพบเมื่อไม่กี่ปีก่อนในปี 1998: พลังงานมืด พลังลึกลับที่แทนที่จะยึดจักรวาลเข้าด้วยกัน กลับทำให้มันขยายตัวเร็วขึ้นเรื่อยๆ แทนที่จะช้าลงเมื่อเวลาผ่านไป เมื่อนักวิทยาศาสตร์รวมบางสิ่งเกี่ยวกับจักรวาลนี้ไว้ในแบบจำลองจักรวาล ทฤษฎีและการสังเกตก็ปะปนกัน พวกเขาร่างสิ่งที่ปัจจุบันเรียกว่าแบบจำลองมาตรฐานของจักรวาลวิทยาที่เรียกว่า Lambda-CDM ซึ่งพลังงานมืดคิดเป็นเกือบ 70% ของจักรวาล ในขณะที่เอนทิตีมืดลึกลับอีกชนิดหนึ่ง ซึ่งเป็นมวลที่มองไม่เห็นประเภทหนึ่งที่ดูเหมือนว่าจะมีปฏิกิริยากับสสารปกติเท่านั้น ผ่านแรงโน้มถ่วง - คิดเป็นประมาณ 25% ส่วนที่เหลืออีก 5% คือทุกสิ่งที่เรามองเห็น ทั้งดวงดาว ดาวเคราะห์ และกาแล็กซีที่นักดาราศาสตร์ศึกษามานานนับพันปี

แต่ช่วงเวลาแห่งความเงียบสงบนั้นเป็นเพียงการพักช่วงสั้นๆ ระหว่างช่วงเวลาแห่งการต่อสู้เท่านั้น ในขณะที่นักดาราศาสตร์ทำการสังเกตจักรวาลได้อย่างแม่นยำมากขึ้นในช่วงเวลาจักรวาล รอยแตกก็เริ่มปรากฏในแบบจำลองมาตรฐาน สัญญาณแรกของปัญหาบางส่วนมาจากการวัด ดาวแปรแสง และ ซุปเปอร์โนวา ในกาแลคซีใกล้เคียงจำนวนหนึ่ง การสังเกตที่เมื่อเปรียบเทียบกับแสงคอสมิกที่เหลือ ชี้ให้เห็นว่าจักรวาลของเราเล่นตามกฎที่แตกต่างจากที่เราคิด และพารามิเตอร์ทางจักรวาลวิทยาที่สำคัญที่กำหนดความเร็วของจักรวาลที่แยกจากกันจะเปลี่ยนไปเมื่อคุณ วัดด้วยปทัฏฐานที่แตกต่างกัน.

นักจักรวาลวิทยามีปัญหา — สิ่งที่พวกเขาเรียกว่าความตึงเครียด หรือในช่วงเวลาที่น่าทึ่งกว่านั้น ก วิกฤติ.

การวัดที่ไม่ลงรอยกันเหล่านั้นเริ่มชัดเจนมากขึ้นในช่วงทศวรรษหรือประมาณนั้นนับตั้งแต่เกิดรอยร้าวครั้งแรก และความคลาดเคลื่อนนี้ไม่ใช่สิ่งเดียวที่ท้าทายต่อแบบจำลองมาตรฐานของจักรวาลวิทยา การสังเกตการณ์ดาราจักรชี้ให้เห็นถึงวิธีการดังกล่าว โครงสร้างจักรวาลได้รวมตัวกันเป็นก้อน เมื่อเวลาผ่านไปอาจแตกต่างจากความเข้าใจที่ดีที่สุดของเราว่าจักรวาลในปัจจุบันควรเติบโตจากเมล็ดที่ฝังอยู่ในจักรวาลยุคแรกได้อย่างไร และความไม่ตรงกันที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นนั้นมาจากการศึกษาโดยละเอียดเกี่ยวกับแสงแรกสุดของจักรวาล

ความไม่สอดคล้องกันอื่น ๆ มีอยู่มากมาย “มีปัญหาเล็กๆ น้อยๆ อีกมากมายในที่อื่น” กล่าว เอเลโนรา ดิ วาเลนติโนนักจักรวาลวิทยาเชิงทฤษฎีแห่งมหาวิทยาลัยเชฟฟิลด์ “นี่คือเหตุผลว่าทำไมมันถึงน่างง เพราะไม่ใช่แค่ปัญหาใหญ่เหล่านี้เท่านั้น”

เพื่อบรรเทาความตึงเครียดเหล่านี้ นักจักรวาลวิทยาจึงใช้แนวทางเสริมสองประการ ประการแรก พวกเขากำลังทำการสังเกตการณ์จักรวาลที่แม่นยำยิ่งขึ้นต่อไป โดยหวังว่าข้อมูลที่ดีกว่าจะเปิดเผยเบาะแสเกี่ยวกับวิธีการดำเนินการ นอกจากนี้ พวกเขากำลังค้นหาวิธีปรับแต่งโมเดลมาตรฐานอย่างละเอียดเพื่อรองรับผลลัพธ์ที่ไม่คาดคิด แต่วิธีแก้ปัญหาเหล่านี้มักถูกประดิษฐ์ขึ้น และหากแก้ปัญหาได้ ปัญหาหนึ่งก็มักจะทำให้ปัญหาอื่นๆ แย่ลง

“สถานการณ์ตอนนี้ดูเหมือนจะยุ่งวุ่นวายมาก” ฮิลล์กล่าว “ฉันไม่รู้ว่าจะต้องทำยังไง”

แสงบิดเบี้ยว

ในการจำแนกลักษณะเอกภพของเรา นักวิทยาศาสตร์ใช้ตัวเลขจำนวนหนึ่ง ซึ่งนักจักรวาลวิทยาเรียกว่าพารามิเตอร์ เอนทิตีทางกายภาพที่ค่าเหล่านี้อ้างถึงคือเฟืองทั้งหมดในเครื่องจักรจักรวาลขนาดยักษ์ โดยแต่ละบิตเชื่อมต่อกับบิตอื่น ๆ

หนึ่งในพารามิเตอร์เหล่านี้เกี่ยวข้องกับความรุนแรงของมวลที่รวมตัวกันเป็นก้อน ในทางกลับกัน มันบอกเราบางอย่างเกี่ยวกับวิธีการทำงานของพลังงานมืด เนื่องจากการเร่งผลักออกไปด้านนอกขัดแย้งกับแรงโน้มถ่วงของมวลจักรวาล นักวิทยาศาสตร์ใช้ตัวแปรที่เรียกว่า S₈. หากค่าเป็นศูนย์ แสดงว่าจักรวาลไม่มีการแปรผันและไม่มีโครงสร้าง ซูนาโอะ ซูกิยามะนักจักรวาลวิทยาเชิงสังเกตการณ์แห่งมหาวิทยาลัยเพนซิลวาเนีย มันเหมือนกับทุ่งหญ้าที่ราบเรียบ ไม่มีแม้แต่เนินปลวกที่จะทำลายภูมิทัศน์ แต่ถ้า S₈ ใกล้ถึง 1 จักรวาลก็เปรียบเสมือนทิวเขาขรุขระขนาดมหึมา มีมวลสารหนาแน่นหนาแน่นคั่นด้วยหุบเขาแห่งความว่างเปล่า การสังเกตการณ์ที่ทำโดยยานอวกาศพลังค์ในเอกภพยุคแรกๆ ซึ่งเป็นที่ที่มีเมล็ดพันธุ์โครงสร้างชุดแรก ค้นหาค่าของ 0.83.

แต่การสังเกตประวัติศาสตร์จักรวาลล่าสุดไม่ค่อยเห็นด้วย

เพื่อเปรียบเทียบความคลุมเครือในจักรวาลปัจจุบันกับการวัดขนาดจักรวาลทารก นักวิจัยได้สำรวจว่าสสารมีการกระจายไปทั่วท้องฟ้าอันกว้างใหญ่อย่างไร

การคำนึงถึงกาแลคซีที่มองเห็นได้ก็เรื่องหนึ่ง แต่การทำแผนที่เครือข่ายที่มองไม่เห็นซึ่งมีกาแลคซีเหล่านั้นอยู่นั้นเป็นอีกเรื่องหนึ่ง ในการทำเช่นนั้น นักจักรวาลวิทยาจะพิจารณาการบิดเบือนเล็กๆ น้อยๆ ในแสงของกาแลคซี เนื่องจากแสงที่ส่องผ่านเส้นทางที่ส่องผ่านจักรวาลนั้นบิดเบี้ยวเมื่อแสงถูกเบี่ยงเบนไปจากแรงโน้มถ่วงของสสารที่มองไม่เห็น

ด้วยการศึกษาความบิดเบี้ยวเหล่านี้ (เรียกว่าเลนส์โน้มถ่วงอ่อน) นักวิจัยสามารถติดตามการกระจายตัวของสสารมืดตามเส้นทางที่แสงนำไปใช้ พวกเขายังสามารถประมาณได้ว่ากาแลคซีอยู่ที่ไหน ด้วยข้อมูลทั้งสองชิ้นในมือ นักดาราศาสตร์จะสร้างแผนที่ 3 มิติของมวลที่มองเห็นและมองไม่เห็นของจักรวาล ซึ่งช่วยให้พวกเขาสามารถวัดได้ว่าภูมิทัศน์ของโครงสร้างจักรวาลเปลี่ยนแปลงและเติบโตอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไป

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการสำรวจด้วยเลนส์อ่อน 3 ครั้งที่ทำแผนที่ท้องฟ้าเป็นส่วนใหญ่ ได้แก่ การสำรวจพลังงานมืด (DES) ซึ่งใช้กล้องโทรทรรศน์ในทะเลทรายอาตากามาของชิลี การสำรวจระดับกิโล (KIDS) ในประเทศชิลีเช่นกัน และล่าสุดเป็นการสำรวจระยะเวลาห้าปีจากกล้อง Hyper Suprime-Cam (HSC) ของกล้องโทรทรรศน์ซูบารุในฮาวาย

เมื่อไม่กี่ปีก่อน มีการสำรวจ DES และ KIDS เกิดขึ้น S₈ ค่าที่ต่ำกว่าของพลังค์ - หมายถึงเทือกเขาที่เล็กกว่าและยอดเขาที่ต่ำกว่าที่ซุปจักรวาลดึกดำบรรพ์สร้างขึ้น แต่สิ่งเหล่านี้เป็นเพียงคำแนะนำที่ยั่วเย้าของข้อบกพร่องในความเข้าใจของเราว่าโครงสร้างจักรวาลเติบโตและรวมตัวกันอย่างไร นักจักรวาลวิทยาต้องการข้อมูลเพิ่มเติมและรอคอยผลลัพธ์ของ Subaru HSC ซึ่งได้รับการเผยแพร่อย่างใจจดใจจ่อ ในชุดเอกสารห้าฉบับ ในเดือนธันวาคม

ทีม Subaru HSC ได้สำรวจกาแลคซีหลายสิบล้านแห่งที่ครอบคลุมพื้นที่ประมาณ 416 ตารางองศาบนท้องฟ้า หรือเทียบเท่ากับพระจันทร์เต็มดวง 2,000 ดวง บนท้องฟ้า ทีมคำนวณ S₈ ค่า 0.78 — สอดคล้องกับผลลัพธ์เบื้องต้นจากการสำรวจครั้งก่อนๆ และน้อยกว่าค่าที่วัดได้จากการสังเกตการณ์การแผ่รังสีของเอกภพยุคแรกๆ ของกล้องโทรทรรศน์พลังค์ ทีมซูบารุระมัดระวังที่จะกล่าวว่าการวัดของพวกเขาเป็นเพียง "สัญญาณ" ที่ตึงเครียด เนื่องจากยังไม่ถึงระดับนัยสำคัญทางสถิติที่นักวิทยาศาสตร์พึ่งพา แม้ว่าพวกเขากำลังทำงานเพื่อเพิ่มข้อสังเกตอีกสามปีในข้อมูลของพวกเขาก็ตาม

"ถ้านี้ S₈ ความตึงเครียดนั้นเป็นเรื่องจริงจริงๆ มีบางอย่างที่เรายังไม่เข้าใจ” สุกิยามะ หัวหน้าทีมวิเคราะห์ Subaru HSC กล่าว

ขณะนี้นักจักรวาลวิทยากำลังพิจารณารายละเอียดของการสังเกตการณ์เพื่อระบุแหล่งที่มาของความไม่แน่นอน สำหรับผู้เริ่มต้น ทีม Subaru ประเมินระยะทางไปยังกาแล็กซีส่วนใหญ่โดยพิจารณาจากสีโดยรวม ซึ่งอาจนำไปสู่ความคลาดเคลื่อนได้ “หากคุณประมาณการระยะทาง [เฉลี่ย] ผิด คุณจะได้รับพารามิเตอร์ทางจักรวาลวิทยาบางส่วนที่คุณสนใจผิดเช่นกัน” สมาชิกในทีมกล่าว ราเชล แมนเดลบาม ของมหาวิทยาลัยคาร์เนกีเมลลอน

ยิ่งไปกว่านั้น การวัดเหล่านี้ไม่ใช่เรื่องง่ายด้วยการตีความที่ซับซ้อนเล็กน้อย และความแตกต่างระหว่างรูปลักษณ์ที่บิดเบี้ยวของกาแลคซีกับรูปร่างที่แท้จริงของมัน ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการระบุมวลที่มองไม่เห็น มักจะมีขนาดเล็กมาก กล่าว ไดอาน่า สโกญามิกลีโอ ของห้องปฏิบัติการขับเคลื่อนด้วยไอพ่นของ NASA นอกจากนี้ ความพร่ามัวจากชั้นบรรยากาศโลกยังสามารถเปลี่ยนรูปร่างของกาแลคซีได้เล็กน้อย ซึ่งเป็นสาเหตุหนึ่งที่ Scognamiglio เป็นผู้นำการวิเคราะห์เลนส์อ่อนโดยใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ของ NASA

นักวิทยาศาสตร์จากทีม DES และ KIDS เพิ่มความสับสนมากขึ้น เพิ่งวิเคราะห์การวัดใหม่อีกครั้ง ร่วมกันและได้มาซึ่ง S₈ มีค่าใกล้เคียงกับผลลัพธ์ของพลังค์มากขึ้น

ตอนนี้ภาพมันเลอะเทอะ และนักจักรวาลวิทยาบางคนยังไม่มั่นใจว่าสิ่งต่างๆ S₈ การวัดอยู่ในความตึงเครียด “ฉันไม่คิดว่าจะมีสัญญาณที่ชัดเจนถึงความล้มเหลวครั้งใหญ่ที่นั่น” ฮิลล์กล่าว แต่เขาเสริมว่า “ไม่น่าเชื่อว่าจะมีสิ่งที่น่าสนใจเกิดขึ้น”

ในกรณีที่รอยแตกปรากฏชัด

เมื่อหลายสิบปีก่อน นักวิทยาศาสตร์มองเห็นสัญญาณบ่งชี้ปัญหาแรกเกี่ยวกับการวัดพารามิเตอร์ทางจักรวาลวิทยาอื่น แต่ต้องใช้เวลาหลายปีในการรวบรวมข้อมูลเพียงพอที่จะโน้มน้าวนักจักรวาลวิทยาส่วนใหญ่ว่าพวกเขากำลังเผชิญกับวิกฤติเต็มรูปแบบ

โดยสรุป การวัดความเร็วของจักรวาลที่กำลังขยายตัวในปัจจุบัน หรือที่เรียกว่าค่าคงที่ฮับเบิล ไม่ตรงกับค่าที่คุณได้รับเมื่อคาดการณ์จากจักรวาลยุคแรกๆ ปริศนานี้กลายเป็นที่รู้จักในชื่อความตึงเครียดของฮับเบิล

ในการคำนวณค่าคงที่ของฮับเบิล นักดาราศาสตร์จำเป็นต้องรู้ว่าสิ่งต่าง ๆ อยู่ไกลแค่ไหน ในจักรวาลใกล้เคียง นักวิทยาศาสตร์วัดระยะทางโดยใช้ดวงดาวที่เรียกว่าตัวแปรเซเฟอิด ซึ่งจะเปลี่ยนแปลงความสว่างเป็นระยะๆ มีความสัมพันธ์ที่รู้จักกันดีระหว่างความเร็วของดาวฤกษ์ดวงหนึ่งที่แกว่งจากสว่างที่สุดไปจางที่สุดและพลังงานที่มันแผ่ออกมา ความสัมพันธ์ดังกล่าวซึ่งถูกค้นพบเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 ช่วยให้นักดาราศาสตร์คำนวณความสว่างภายในของดาวฤกษ์ได้ และเมื่อเปรียบเทียบกับความสว่างที่ปรากฏ พวกเขาสามารถคำนวณระยะทางได้

การใช้ดาวแปรแสงเหล่านี้ นักวิทยาศาสตร์สามารถวัดระยะทางไปยังกาแลคซีไกลจากเราได้ถึง 100 ล้านปีแสง แต่หากต้องการดูให้ไกลออกไปเล็กน้อยและย้อนเวลากลับไปอีกเล็กน้อย พวกเขาใช้เครื่องหมายไมล์ที่สว่างกว่า ซึ่งเป็นการระเบิดของดาวฤกษ์ประเภทหนึ่งที่เรียกว่าซูเปอร์โนวาประเภท Ia นักดาราศาสตร์ยังสามารถคำนวณความสว่างภายในของ "เทียนมาตรฐาน" เหล่านี้ได้ ซึ่งช่วยให้พวกเขาสามารถวัดระยะทางไปยังกาแลคซีที่อยู่ห่างออกไปหลายพันล้านปีแสงได้

ในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา การสำรวจเหล่านี้ช่วยให้นักดาราศาสตร์สามารถระบุความเร็วของเอกภพที่อยู่ใกล้เคียงที่กำลังขยายตัว: ประมาณ 73 กิโลเมตรต่อวินาทีต่อเมกะพาร์เซก ซึ่งหมายความว่าเมื่อคุณมองออกไปไกลๆ ในแต่ละเมกะพาร์เซก (หรือ 3.26 ล้านปีแสง ) ระยะทางอวกาศบินออกไปเร็วขึ้น 73 กิโลเมตรต่อวินาที

แต่คุณค่านั้นขัดแย้งกับคุณค่าที่ได้มาจากผู้ปกครองอีกคนหนึ่งที่ฝังอยู่ในจักรวาลทารก

ในช่วงเริ่มต้น เอกภพกำลังเผาไหม้พลาสมา ซึ่งเป็นส่วนผสมของอนุภาคพื้นฐานและพลังงาน “มันยุ่งวุ่นวายมาก” กล่าว วิเวียน ปูแลง-เดตอล, นักจักรวาลวิทยาจากมหาวิทยาลัยมงต์เปลลิเยร์

เสี้ยววินาทีในประวัติศาสตร์จักรวาล เหตุการณ์บางอย่าง อาจเป็นช่วงเวลาของการเร่งความเร็วสุดขีดที่เรียกว่าการพองตัว ทำให้เกิดการกระแทก - คลื่นความดัน - ผ่านพลาสม่าที่มืดมน

จากนั้น เมื่อจักรวาลเย็นลง แสงที่ติดอยู่ในหมอกพลาสมาธาตุก็หลุดออกมาในที่สุด แสงนั้น - พื้นหลังไมโครเวฟคอสมิกหรือ CMB - เผยให้เห็นคลื่นความกดดันในยุคแรก ๆ เหล่านั้น เช่นเดียวกับที่พื้นผิวของทะเลสาบน้ำแข็งเกาะติดกับยอดคลื่นที่ทับซ้อนกันที่แข็งตัวตามเวลา Poulin-Détolle กล่าว

นักจักรวาลวิทยาได้วัดความยาวคลื่นที่พบบ่อยที่สุดของคลื่นความดันเยือกแข็งเหล่านั้น และใช้มันเพื่อคำนวณค่าสำหรับค่าคงที่ของฮับเบิลที่ 67.6 กม./วินาที/ลูกบาศก์เมตรโดยมีความไม่แน่นอนน้อยกว่า 1%

ค่านิยมที่ไม่ลงรอยกันอย่างแปลกประหลาด - ประมาณ 67 ต่อ 73 - ได้จุดชนวนการถกเถียงอันร้อนแรงในจักรวาลวิทยาที่ยังไม่ได้รับการแก้ไข

นักดาราศาสตร์กำลังหันไปหาเครื่องหมายไมล์จักรวาลที่เป็นอิสระ ตลอดหกปีที่ผ่านมา เวนดี้ ฟรีแมน แห่งมหาวิทยาลัยชิคาโก (ซึ่งทำงานเกี่ยวกับค่าคงที่ของฮับเบิลมาเป็นเวลาสี่ศตวรรษ) ได้มุ่งความสนใจไปที่ดาวสีแดงเก่าแก่ประเภทหนึ่งซึ่งปกติแล้วจะอาศัยอยู่ในส่วนนอกของกาแลคซี นอกนั้น ดาวสว่างที่ซ้อนทับกันน้อยลงและมีฝุ่นน้อยลงสามารถนำไปสู่การวัดที่ชัดเจนยิ่งขึ้น ฟรีดแมนและเพื่อนร่วมงานของเธอใช้ดาวเหล่านั้นวัดอัตราการขยายตัวที่ประมาณ 70 กม./วินาที/ลูกบาศก์เมตร “ซึ่งจริงๆ แล้วค่อนข้างเป็นข้อตกลงที่ดีกับกลุ่มดาวเซเฟอิด” เธอกล่าว “แต่มันก็ค่อนข้างดีกับพื้นหลังไมโครเวฟด้วย”

ตอนนี้เธอได้หันไปใช้ดวงตาอินฟราเรดอันทรงพลังของ JWST เพื่อแก้ไขปัญหา เธอกำลังวัดระยะทางไปยังดาวสีแดงยักษ์เหล่านี้ในกาแลคซีใกล้เคียง 11 แห่งร่วมกับเพื่อนร่วมงาน ในขณะเดียวกันก็วัดระยะทางไปยังดาวเซเฟอิดส์และดาวคาร์บอนประเภทหนึ่งที่เต้นเป็นจังหวะในกาแลคซีเดียวกันเหล่านั้นไปพร้อมๆ กัน พวกเขาคาดว่าจะเผยแพร่ผลลัพธ์ในช่วงฤดูใบไม้ผลินี้ แต่เธอกล่าวว่า "ข้อมูลดูน่าตื่นเต้นจริงๆ"

“ฉันสนใจมากที่จะเห็นสิ่งที่พวกเขาค้นพบ” ฮิลล์ที่ทำงานเพื่อทำความเข้าใจแบบจำลองของจักรวาลกล่าว การสำรวจใหม่เหล่านี้จะขยายรอยแตกในแบบจำลองที่ชื่นชอบของจักรวาลวิทยาให้กว้างขึ้นหรือไม่

โมเดลใหม่?

เนื่องจากการสังเกตการณ์ยังคงจำกัดพารามิเตอร์ทางจักรวาลวิทยาที่สำคัญเหล่านี้ นักวิทยาศาสตร์จึงพยายามปรับข้อมูลให้เข้ากับแบบจำลองที่ดีที่สุดของวิธีการทำงานของจักรวาล บางทีการวัดที่แม่นยำยิ่งขึ้นอาจช่วยแก้ปัญหาได้ หรือบางทีความตึงเครียดอาจเป็นเพียงสิ่งประดิษฐ์จากสิ่งธรรมดา เช่น ลักษณะเฉพาะของเครื่องมือที่ใช้

หรือบางทีแบบจำลองอาจผิด และจำเป็นต้องมีแนวคิดใหม่ “ฟิสิกส์ใหม่”

“เราไม่ฉลาดพอที่จะสร้างแบบจำลองที่เหมาะกับทุกสิ่งจริงๆ” ฮิลล์กล่าวหรือ “ในความเป็นจริงแล้ว อาจมีฟิสิกส์ใหม่ๆ หลายชิ้นกำลังเล่นอยู่”

พวกเขาอาจจะเป็นอะไร? ฮิลล์กล่าวบางทีอาจเป็นสนามพลังพื้นฐานใหม่ หรือปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคสสารมืดที่เรายังไม่เข้าใจ หรือส่วนผสมใหม่ที่ยังไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของคำอธิบายจักรวาลของเรา

แบบจำลองทางฟิสิกส์ใหม่บางแบบจำลองได้ปรับแต่งพลังงานมืด โดยเพิ่มความเร่งของจักรวาลในช่วงแรกเริ่มของจักรวาล ก่อนที่อิเล็กตรอนและโปรตอนจะส่องประกายเข้าหากัน “หากอัตราการขยายตัวสามารถเพิ่มขึ้นได้ เพียงสักนิดในเอกภพยุคแรกๆ” กล่าว มาร์ค คามิออนคอฟสกี้นักจักรวาลวิทยาแห่งมหาวิทยาลัยจอห์น ฮอปกินส์ “คุณสามารถแก้ไขความตึงเครียดของฮับเบิลได้”

Kamionkowski และนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาคนหนึ่งของเขาเสนอแนวคิดนี้ในปี 2016 และอีกสองปีต่อมาพวกเขาก็เสนอแนวคิดนี้ ร่างลายเซ็นบางส่วน ที่กล้องโทรทรรศน์พื้นหลังไมโครเวฟคอสมิกความละเอียดสูงควรจะมองเห็นได้ และกล้องโทรทรรศน์อวกาศอาตากามา ซึ่งตั้งอยู่บนภูเขาในชิลี ก็มองเห็นสัญญาณเหล่านั้นบางส่วน แต่ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ได้แสดงแบบจำลองนี้แล้ว สร้างปัญหา กับการวัดจักรวาลอื่นๆ

โมเดลที่ได้รับการปรับแต่งอย่างดีนั้น โดยที่พลังงานมืดประเภทอื่นพุ่งขึ้นมาครู่หนึ่งแล้วค่อยๆ หายไป ซับซ้อนเกินกว่าจะอธิบายสิ่งที่เกิดขึ้นได้ กล่าว ดราแกน ฮูเตอร์เรอร์นักจักรวาลวิทยาเชิงทฤษฎีแห่งมหาวิทยาลัยมิชิแกน และแนวทางแก้ไขอื่น ๆ ที่เสนอเพื่อจัดการกับความตึงเครียดของฮับเบิลนั้นมีแนวโน้มที่จะตรงกับการสังเกตมากยิ่งขึ้น พวกเขากำลัง "ปรับแต่งอย่างสิ้นหวัง" เขากล่าว เช่นเดียวกับเรื่องราวธรรมดาๆ ที่เฉพาะเจาะจงเกินกว่าจะสอดคล้องกับแนวคิดที่มีมายาวนานที่ว่าทฤษฎีที่เรียบง่ายกว่ามักจะเอาชนะทฤษฎีที่ซับซ้อนได้

ข้อมูลที่จะมาในปีหน้าอาจช่วยได้ อันดับแรกจะเป็นผลลัพธ์จากทีมงานของ Freedman ที่กำลังพิจารณาโพรบต่างๆ ของอัตราการขยายตัวในบริเวณใกล้เคียง จากนั้นในเดือนเมษายน นักวิจัยจะเปิดเผยข้อมูลแรกจากการสำรวจท้องฟ้าในจักรวาลวิทยาที่ใหญ่ที่สุดจนถึงปัจจุบัน นั่นคือเครื่องมือสเปกโทรสโกปีพลังงานมืด ต่อมาในปีเดียวกันนี้ ทีมงานกล้องโทรทรรศน์จักรวาลวิทยาอาตากามา และนักวิจัยที่สร้างแผนที่พื้นหลังในยุคดึกดำบรรพ์อีกแผนที่หนึ่งโดยใช้กล้องโทรทรรศน์ขั้วโลกใต้ มีแนวโน้มจะเปิดเผยผลลัพธ์โดยละเอียดของพื้นหลังไมโครเวฟที่มีความละเอียดสูงกว่า การสังเกตการณ์บนขอบฟ้าที่ไกลออกไปจะมาจาก Euclid ขององค์การอวกาศยุโรป ซึ่งเป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศที่เปิดตัวในเดือนกรกฎาคม และหอดูดาว Vera C. Rubin ซึ่งเป็นเครื่องสร้างแผนที่บนท้องฟ้าทั้งหมดที่สร้างขึ้นในชิลี ซึ่งจะเปิดใช้งานเต็มรูปแบบในปี 2025

จักรวาลอาจมีอายุ 13.8 พันล้านปี แต่ภารกิจของเราในการทำความเข้าใจมัน และสถานที่ของเราภายในนั้น ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น ทุกสิ่งในจักรวาลวิทยาเข้ากันได้เมื่อ 15 ปีที่แล้ว ในช่วงเวลาสั้นๆ ของความเงียบสงบซึ่งกลายเป็นภาพลวงตา รอยแยกที่ปรากฏขึ้นเมื่อทศวรรษที่แล้วได้แยกออกเป็นวงกว้าง ทำให้เกิดรอยแยกที่ใหญ่ขึ้นในแบบจำลองที่จักรวาลวิทยาชื่นชอบ

“ตอนนี้” ดิ วาเลนติโน่ กล่าว “ทุกอย่างเปลี่ยนไปแล้ว”

หมายเหตุบรรณาธิการ: นักวิทยาศาสตร์หลายคนที่กล่าวถึงในบทความนี้ได้รับเงินทุนจาก มูลนิธิไซมอนส์ซึ่งให้ทุนแก่นิตยสารอิสระด้านบรรณาธิการเล่มนี้ด้วย การตัดสินใจระดมทุนของมูลนิธิ Simons ไม่มีอิทธิพลต่อการรายงานข่าวของเรา รายละเอียดเพิ่มเติมคือ สามารถใช้ได้ที่นี่.