หัวข้อ : เอกภพกำลั งขยายตัวด้วยความเร่ง
|
เอกภพกำลั งขยายตั วด้วยความเร่ง
เมื่อวั นที่12มกราคมค.ศ.1998ก่อนออกเดินทางไปดื่มน้ำผึ้งพระจั นทร์ อดั มรีสส์ (AdamRiess)แห่งสถาบั นSpace TelescopeScienceInstituteที่เมืองBaltimoreในสหรั ฐอเมริกาได้ส่งอีเมล์ ถึงเพื่อนๆว่าเขาได้พบว่าเอกภพกำลั งขยาย ตั วด้วยความเร่งที่เพิ่มตลอดเวลาและดูเหมือนจะเร่งต่อไปไม่มีหยุดด้วย
ผลการค้นพบนี้ได้ทำให้อดั มรีสส์ (AdamRiess)กั บไบรอันชมิดท์ (BrianSchmidt)แห่งHigh-zSupernova SearchTeamที่AustralianNationalUniversityได้รั บรางวั ลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ประจำปี 2011ครึ่งหนึ่งร่วมกั บซอล เพิร์ ลมุตเตอร์ (SaulPerlmutter)แห่งห้องปฏิบั ติการลอว์ เรนซ์ที่เบิร์ กเลย์ (LawrenceBerkeleyNational Laboratory)ในอเมริกาอันเป็นสถานที่ที่นั กวิทยาศาสตร์ ทั้งสามได้องค์ ความรู้นี้จากการศึกษาธรรมชาติของsupernova ชนิด1aในเอกภพ
นั บเป็นเวลาร่วม85ปีแล้วที่เอ็ดวินฮับเบิล(EdwinHubble)ได้สั งเกตเห็นว่าเอกภพกำลั งขยายตั วตลอดเวลาเพราะได้ เห็นดาราจั กร(galaxy)ต่างๆที่อยู่ไกลโพ้นเคลื่อนที่หนีจากกั นด้วยความเร็วที่เป็นปฏิภาคโดยตรงกั บระยะทาง(นั ่นคือยิ่งอยู่ ไกลดาราจั กรยิ่งมีความเร็วมาก)และนั กฟิสิกส์ ได้อธิบายสาเหตุที่ทำให้เอกภพขยายตั วว่ามาจากพลั งงานที่หลงเหลืออยู่หลั ง การระเบิดครั้งยิ่งใหญ่(BigBang)เมื่อ13,700ล้านปีก่อนการค้นพบนี้ทำให้คนทั้งโลกคิดว่าตั้งแต่เสี้ยววินาทีนั้นเป็นต้นมา แรงโน้มถ่วงระหว่างดาราจั กรก็น่าจะดึงดูดกั นจนดาราจั กรมีความเร็วน้อยลงๆ แล้วจะเคลื่อนที่กลั บมาอัดรวมกั นแน่นเป็นบิก ครั้นซ์ (BigCrunch)แล้วอาจระเบิดอีกเป็นบิกแบงBigBangเป็นวั ฎจั กรเช่นนี้ไปเรื่อยๆหรือเอกภพอาจขยายตั วต่อไปด้วย ความเร็วสม่ำเสมอ
แต่สิ่งที่รีสส์ กั บชมิดท์และเพิร์ ลมุตเตอร์ สั งเกตเห็นกลั บตรงกั นข้ามกั บสิ่งที่นั กวิทยาศาสตร์ คนอื่นๆคิดเพราะเขาทั้งสาม ได้เห็นดาราจั กรต่างๆที่ขอบเอกภพมีความเร่งมากขึ้นๆและนั กทฤษฎีด้านเอกภพวิทยาได้อธิบายว่าเหตุการณ์นี้เกิดจากการมี พลั งงานลึกลั บที่ยั งไม่มีใครในโลกรู้จั กได้ผลั กสสารให้แยกจากกั นและเมื่อได้พบอีกว่าเอกภพมีสสารที่เรารู้จั กและเข้าใจดี เพียง4%เท่านั้นเองคือมีอีก22%ที่เป็นสสารมืด(darkmatter)ที่ตามองไม่เห็นและอุปกรณ์ต่างๆยั งตรวจจั บไม่ได้ กั บอีก 74%ที่เหลือเป็นพลั งงานมืด(darkenergy)ซึ่งทำหน้าที่เป็นแรงผลั กดั นซึ่งแรงนี้รุนแรงยิ่งกว่าแรงโน้มถ่วงมาก
นั กฟิสิกส์ ดาราศาสตร์ ทั้งสามได้พบปรากฏการณ์ที่น่าตื่นเต้นและงุนงงนี้จากการศึกษาดาวฤกษ์ชนิดหนึ่งที่เรียกว่า ซุปเปอร์ โนวา(supernova)หรือมหานวดาราซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่ดาวฤกษ์ระเบิดและซุปเปอร์ โนวาตามปกติมีสองชนิด หลั กๆคือชนิดที่1(TypeI)กั บชนิดที่2(TypeII)โดยชนิดที่2จะเกิดเวลาแก่นกลางของดาวฤกษ์ที่มีมวลมหาศาลหมด เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ แล้วแรงโน้มถ่วงที่มีอยู่ตลอดเวลาจะทำให้แก่นกลางของดาวยุบตั วอย่างรวดเร็วจนดาวกลายเป็นดาว นิวตรอนหรือหลุมดำและพลั งงานศักย์ โน้มถ่วงที่เกิดขึ้นจากเหตุการณ์นี้ ซึ่งมีค่ามหาศาลจะถูกปลดปล่อยออกมาอย่างรวดเร็ว จนทำให้เกิดการระเบิดผลั กดั นเนื้อดาวที่อยู่ในบริเวณนอกแก่นกลางให้พุ่งกระจั ดกระจายไปในอวกาศนั กดาราศาสตร์ เรียก ดาวที่ระเบิดลั กษณะนี้ว่าซุปเปอร์ โนวาชนิดที่2(TypeII)
ส่วนซุปเปอร์ โนวาอีกชนิดหนึ่งคือ1aนั้นน่าตื่นตาตื่นใจยิ่งกว่าซุปเปอร์ โนวาชนิดที่2เพราะจะเกิดเวลาดาวแคระขาว (whitedwarf)ดึงดูดแก๊สร้อนจากดาวฤกษ์อื่นที่โคจรอยู่ใกล้ๆเข้าสู่ตั วทำให้ดาวแคระขาวดวงนั้นมีมวลเพิ่มขึ้นๆจนถึงระดั บ วิกฤติคือเท่ากั บ1.4เท่าของมวลดวงอาทิตย์ แล้วดาวก็ระเบิดสำหรั บชนิด1bกั บ1cนั้นเป็นซุปเปอร์ โนวากรณีพิเศษที่ถือ กำเนิดเมื่อดาวฤกษ์ที่กำลั งจะดั บแสงได้สูญเสียเนื้อดาวซึ่งประกอบด้วยไฮโดรเจนไปเรื่อยๆแล้วแก่นกลางของดาวได้ยุบตั วลง ทำให้เกิดการระเบิดได้เช่นกั น
ประวั ติศาสตร์ ได้บั นทึกว่านั กดาราศาสตร์ ในยุโรปและเอเชียโบราณได้เห็นเหตุการณ์ดาวระเบิด(supernova)ตั้งแต่ปี ค.ศ.1006ในหมู่ดาวLupusทำให้ท้องฟ้าสว่างไสวมากและดาวที่ระเบิดนี้เป็นซุปเปอร์ โนวาชนิด1aอีก48ปีต่อมาประวั ติ ดาราศาสตร์ จีนก็ได้บั นทึกว่านั กดาราศาสตร์ จีนได้เห็นซุปเปอร์ โนวาอีกในหมู่ดาวTaurusและเป็นซุปเปอร์ โนวาชนิด2
ซุปเปอร์ โนวาชนิด1aเป็นดาวที่มีบทบาทสำคั ญมากสำหรั บนั กดาราศาสตร์ ในการศึกษาเอกภพเพราะเวลาซุปเปอร์ โนวา 1aระเบิดพลั งงานจะถูกปลดปล่อยออกมามากถึง10 45 จูลต่อวินาที และมีอนุภาคพลั งงานสูงเช่นอิเล็กตรอนนิวทริโนไหล ทะลั กออกมาในปริมาณมหาศาลรวมถึงมีนิวเคลียสของธาตุหนั กเช่นทองคำและเงินเกิดขึ้นด้วยการเห็นซุปเปอร์ โนวาทุกครั้ง จึงบอกให้เรารู้ว่าดาวฤกษ์ดวงหนึ่งได้จบชีวิตดั บหายไปจากเอกภพแล้วและดาวนิวตรอนดวงใหม่หรือหลุมดำได้ถือกำเนิดนอก เหนือจากบทบาทนี้แล้วซุปเปอร์ โนวาชนิด1aก็ยั งเป็นดาวที่นั กดาราศาสตร์ ใช้เป็นมาตรฐานในการวั ดระยะทางจากโลกถึง ดาราจั กรที่อยู่ห่างไกลด้วยทั้งนี้เพราะซุปเปอร์ โนวาชนิด1aทุกดวงจะระเบิดได้ต้องมีมวลวิกฤตเท่ากั นดั งนั้นความสว่างสูงสุด ที่เกิดจากการระเบิดจึงต้องเท่ากั นทุกครั้งไปซุปเปอร์ โนวาชนิด1aทุกดวงจึงมีสภาพเหมือนเทียนบนสวรรค์ ที่มีกำลั งส่องสว่าง เท่ากั นหมดด้วยเหตุนี้นั กดาราศาสตร์ จึงนิยมใช้ซุปเปอร์ โนวาชนิด1aเป็นดาวมาตรฐานในการศึกษาธรรมชาติของเอกภพซึ่ง หมายถึงใช้วั ดอายุ ขนาดและอัตราการขยายตั วของเอกภพเป็นต้น
ตามปกติเวลาซุปเปอร์ โนวาชนิด1aอุบั ตินั กดาราศาสตร์ จะวั ดความเข้มแสงจากซุปเปอร์ โนวาชนิด1aนั้นซึ่งจะมีค่ามาก ที่สุดเท่ากั นทุกดวงแล้วความเข้มค่อยๆลดหายไปเพราะเหตุว่าความเข้มแสงแปรผกผั นกั บระยะทางกำลั งสองดั งนั้นถ้าความ เข้มแสงมากนั ่นแสดงว่าซุปเปอร์ โนวาดวงนั้นอยู่ใกล้ และถ้าความเข้มแสงน้อยนั ่นแสดงว่าซุปเปอร์ โนวาดวงนั้นอยู่ไกลและเมื่อ ระยะทางขึ้นกั บความเร็วของดาราจั กรที่ซุปเปอร์ โนวาแฝงอยู่ (ตามกฎของHubble)ดั งนั้นการรู้ความเข้มแสงสูงสุดของ ซุปเปอร์ โนวาชนิด1aจะทำให้เรารู้ความเร็วในการเคลื่อนที่ของดาราจั กรนั้นด้วย
ดั งนั้นเมื่อคณะวิจั ยของเพิร์ ลมุตเตอร์ ที่LawrenceBerkeleyNationalLaboratoryในCaliforniaและของรีสส์ กั บชมิดท์ที่MountStromboObservatoryที่ออสเตรเลียได้ศึกษาแสงที่ซุปเปอร์ โนวาชนิด1aจำนวนกว่า50ดวงเปล่ง ออกมาทั้งที่ได้ระเบิดในอดีตเมื่อนานมากแล้วและที่ระเบิดเมื่อไม่นานเขาทั้งสามได้พบว่าความเข้มแสงอ่อนลงกว่าที่คาดถึง 20%ซึ่งไม่น่าจะเป็นไปได้ ถ้าเอกภพขยายตั วด้วยความเร็วสม่ำเสมอ
หนทางเดียวที่จะอธิบายเหตุการณ์นี้ได้คือตลอดเวลาหลายพั นล้านปีที่ผ่านมาเอกภพได้ขยายตั วเร็วขึ้นๆ(มีความเร่ง)
ส่วนต้นเหตุที่ทำให้เกิดเหตุการณ์นี้ นั กวิทยาศาสตร์ หลายคนคิดว่ามีพลั งงานมืด(darkenergy)อยู่ทุกหนแห่งในเอกภพ และมีสสารมืด(darkmatter)ที่ไม่มีนั กวิทยาศาสตร์ คนใดรู้ว่าสิ่งมืดๆเหล่านี้มีสมบั ติเชิงกายภาพเช่นไร
ถึงยั งไม่มีใครพบหรือตรวจจั บสิ่งลึกลั บและลี้ลั บนี้ได้ แต่วงการวิทยาศาสตร์ ณวั นนี้ได้ยอมรั บแล้วว่าเอกภพมีสสารมืด และพลั งงานมืดจริง
ดั งนั้นเมื่อวั นที่10ธันวาคมค.ศ.2011ที่ผ่านมานี้ นั กดาราศาสตร์ ทั้งสามท่านได้เข้ารั บรางวั ลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ประจำปี 2011ที่กรุงStockholmในสวีเดนโดยเพิร์ ลมุตเตอร์ ได้รั บเงินรางวั ลครึ่งหนึ่งและรีสส์ กั บชมิดท์ ได้รั บอีกครึ่งหนึ่งของเงิน รางวั ลทั้งหมด46.7ล้านบาท
เมื่อพลั งงานมืดและสสารมืดเป็นสิ่งที่ยอมรั บว่ามีจริงและเอกภพกำลั งขยายตั วด้วยอัตราเร่งที่มากขึ้นๆเช่นนี้ นั กฟิสิกส์ ทฤษฎีเอกภพบางท่านจึงใช้ข้อมูลนี้พยากรณ์ว่าในอีก35,000ล้านปี เอกภพจะถึงจุดจบคือสลายตั วอย่างสมบูรณ์ และ60 ล้านปีก่อนที่เอกภพจะแตกดั บดาราจั กรทางช้างเผือกที่มีดวงอาทิตย์ เป็นดาวสมาชิกดวงหนึ่งจะแตกกระจายและก่อนนั้น3 เดือนโลกของเราจะระเบิดและก่อนโลกจะถึงจุดสิ้นสุดเป็นเวลา10-19วินาที นิวเคลียสในอะตอมทุกอะตอมจะแตกกระจาย ทำให้ทุกสิ่งทุกอย่างในเอกภพหรือแม้แต่หลุมดำก็ไม่เหลือด้วยอิทธิพลของแรงผลั กเนื่องจากพลั งงานมืด
คั มภีร์ Genesisของคริสต์ ศาสนาได้บั นทึกว่าเมื่อเริ่มต้นพระเจ้าได้ทรงประทานแสงสว่าง(นี่คือBigBang)และเมื่อถึง ตอนจบนั กฟิสิกส์ คิดว่าจะไม่มีอะไรให้เห็นนอกจากความมืด
วิธีเดียวที่เราจะรู้อนาคตของเอกภพได้อย่างแน่ชัดคือต้องศึกษาว่าสสารมืดมีธรรมชาติเช่นไรเราจะมีวิธีค้นหามั นได้อย่างไร ธรรมชาติของพลั งงานมืดเป็นอย่างไรและเกี่ยวข้องกั บสสารมืดอย่างไรทฤษฎีสั มพั ทธภาพทั ่วไปของไอน์ สไตน์ ที่สามารถ อธิบายธรรมชาติของเอกภพได้ดีมากที่ระยะใกล้จะถูกปรั บเปลี่ยนเพียงใดเพื่อให้สามารถอธิบายเอกภพที่กำลั งขยายตั ว มากขึ้นและเร็วขึ้นตลอดเวลาฯลฯ
เพื่อตอบคำถามเหล่านี้ นั กวิทยาศาสตร์ ด้านเอกภพวิทยาจึงได้เสนอโครงการทดลองหลายโครงการเช่น 1.จะส่งยานSupernova/Acceleratorขึ้นอวกาศเพื่อศึกษาประวั ติการขยายตั วของเอกภพโดยจะสั งเกตดูซุปเปอร์ โนวาชนิด1aประมาณ2,000ดวง/ปี 2.โครงการศึกษาดาราจั กรใกล้โลกจำนวน100ล้านดาราจั กรเพื่อวั ดอัตราการขยายตั วของดาราจั กรเหล่านี้ และ ศึกษาอันตรกริยาแรงผลั กระหว่างสสารกั บแสง 3.โครงการส่งกล้องโทรทรรศน์ ชื่อDarkEnergySpaceTelescope(DEST)เพื่อดูการกระจายของดาราจั กรที่ถือ กำเนิดหลั งบิกแบงเล็กน้อย
ย้อนกลั บมาในปี 1998หลั งจากที่เพื่อนของรีสส์ ได้เห็นอีเมล์ ฉบั บนั้นแล้วก็ได้เขียนตอบรีสส์ ว่าจงทำงานต่อไปให้ถึงที่สุด เพราะชาตินี้นายคงไม่พบอะไรที่ตื่นเต้นเท่านี้อีกแล้ว
ที่มา : ขอขอบคุณ หนังสือพิมพ์ผู้จัดการ
|
|
http://www.adisorn.biz
2012-04-16 22:23:57 1.47.198.***
stat :
287 posts ,
2 replys
|
