เมื่อไม่นานมานี้ Adam G. Riess แห่งสถาบัน Space Telescope Science ใน Baltimore ได้รายงานการค้นพบใหม่เกี่ยวกับการขยายตัวของเอกภพ ข้อมูลที่ได้นี้มาจากการวัดความสว่างของซุปเปอร์โนวา ชนิด 1a ที่อยู่ไกลมากที่สุดเท่าที่เคยวัดมา ซึ่งยืนยันแนวความคิดที่ว่าเอกภพขยายตัวด้วยอัตราเร่ง

แนวความคิดเรื่องเอกภพขยายตัวด้วยอัตราเร่งนี้ เริ่มเป็นที่สนใจตั้งแต่ปี 1998 เมื่อกลุ่มของนักดาราศาสตร์ 2 กลุ่ม วัดความสว่างของซุปเปอร์โนวา ชนิด 1a ซึ่งอยู่ห่างไกลจากโลกมาก (แต่อยู่ใกล้กว่าซุปเปอร์โนวา ที่เพิ่งค้นพบใหม่) เนื่องจากซุปเปอร์โนวา ชนิด 1a ทุกดวงจะมีความสว่างเท่ากันหมด (เหมือนกับหลอดไฟที่มีกำลังเท่ากัน) ดังนั้นจึงเป็นการง่ายมากที่จะคำนวณความสว่างปรากฏที่มองเห็นจากโลก เมื่อซุปเปอร์โนวาอยู่ที่ระยะห่างต่างๆ จากโลก

การวัดความสว่างของซุปเปอร์โนวานี้สามารถพิสูจน์ได้ว่าเอกภพนั้นขยายตัวอย่างไร ถ้าเอกภพขยายตัวด้วยอัตราคงที่หรือขยายตัวด้วยอัตราหน่วง (แต่ยังคงขยายตัว) ความสว่างปรากฏของซุปเปอร์โนวาจะมีความสว่างน้อยกว่าความสว่างที่คาดเอาไว้ประมาณ 20% แต่ถ้าเอกภพขยายตัวด้วยอัตราเร่ง ซุปเปอร์โนวาก็จะอยู่ห่างออกไปไกลมากกว่ากรณ๊แรก ความสว่างปรากฏที่วัดได้ ก็จะมีค่าน้อยกว่าความสว่างปรากฏในกรณีเอกภพขยายตัวด้วยอัตราคงที่หรืออัตราหน่วง

ซึ่งผลจากการวัดความสว่างของซุปเปอร์โนวาของนักดาราศาสตร์ทั้งสองกลุ่มในปี 1998 ให้ผลอย่างเดียวกัน คือความสว่างปรากฏของซุปเปอร์โนวามีค่าน้อยกว่าที่คาดอาไว้มากนั่นคือเอกภพไม่ได้ขยายตัวด้วยอัตราคงที่หรืออัตราหน่วง แต่ขยายตัวด้วยอัตราเร่งนั่นเอง ซึ่งการขยายตัวด้วยอัตราเร่งนี้ จะต้องมีพลังงานบางอย่างที่จะผลักให้สสารในเอกภพเคลื่อนที่ออกจากกัน แทนที่จะดึงดูดเข้าหากันด้วยแรงโน้มถ่วง พลังงานที่ว่านี้นักดาราศาสตร์เรียกว่า "Dark Energy"

แต่แนวความคิดนี้ก็ยังมีข้อกังขาอยู่ว่า ความสว่างปรากฏที่มีค่าน้อยกว่าที่คาดไว้นี้ อาจมีเกิดจากฝุ่นที่อยู่ในเอกภพบดบังทำให้ความสว่างของซุปเปอร์โนวา ชนิด 1a ที่เกิดขึ้นในยุคแรกๆ ของเอกภพ (early universe) ซึ่งซุปเปอร์โนวา ชนิด 1a ในยุคนั้น จะมีองค์ประกอบที่ต่างออกไป ทำให้ความสว่างของมันแตกต่างจากซุปเปอร์โนวา ชนิด 1a ในยุคอื่นๆ

แนวความคิดเรื่อง dark energy นั้นเชื่อว่า dark energy มีค่าคงที่ ในช่วงพันล้านปีแรกๆ ขนาดของเอกภพมีขนาดเล็กกว่าในปัจจุบัน ดังนั้นความหนาแน่นของเอกภพจึงมีค่ามาก แรงดึงดูดเนื่องจากแรงโน้มถวง จึงสามารถเอาชนะแรงผลักเนื่องจาก dark energy ได้ เอกภพในช่วงพันล้านปีแรกๆ จึงขยายตัวด้วยอัตราหน่วง แต่เมื่อเอกภพขยายตัวไปเรื่อยๆ ระยะห่างระหว่างสสารในเอกภพก็มากขึ้น แรงดึงดูดเนื่องจากแรงโน้มถ่วงก็น้อยลง จนในที่สุดแรงผลักเนื่องจาก dark energy ก็มีค่ามากกว่าแรงดึงดูด จึงทำให้เอกภพขยายตัวด้วยอัตราเร่ง

ความสว่างของซุปเปอร์โนวาที่ระเบิดขึ้นในยุคแรกๆ ซึ่งเป็นช่วงที่เอกภพขยายตัวแบบหน่วง จะสว่างกว่าซุปเปอร์โนวาที่ระเบิดขึ้นเอกภพขยายตัวด้วยอัตราคงที่หรืออัตราเร่ง

เมื่อ 2 ปีที่แล้วกลุ่มของ Riess รายงานการสังเกตซุปเปอร์โนวา ชนิด 1a ดวงหนึ่ง ซึ่งเป็นซุปเปอร์โนวาที่อยู่ไกลมากที่สุดที่เคยพบมา (เป็นซุปเปอร์โนวาที่ระเบิดขึ้นในช่วงพันล้านปีแรกของเอกภพ) ผลจากการวัดความสว่างของซุปเปอร์โนวาดวงนี้ พบว่าเอกภพในยุคนั้น มีการขยายตัวแบบหน่วง และรายงานล่าสุดในปัจจุบัน จากการใช้กล้อง Hubble ถ่ายภาพพบซุปเปอร์โนวา ชนิด 1a อีก 10 ดวง ที่ให้ผลเช่นเดียวกัน ซึ่งเป็นหลักฐานที่หนักแน่นพอที่จะยืนยันว่า ในช่วงพันล้านปีแรกเอกภพขยายตัวแบบหน่วง

การค้นพบในครั้งนี้ได้ทิ้งปริศนาไว้ว่า dark energy คืออะไร มีที่มาอย่างไร หรือว่าแท้จริงแล้วการขยายตัวด้วยอัตราเร่งนี้ เป็นผลเนื่องจากแรงโน้มถ่วง วึ่งจะแสดงบทบาทที่แตกต่างออกไปเฉพาะเมื่ออยู่ในสเกลใหญ่ๆ ดังเช่นเอกภพในปัจจุบันนี้เท่านั้น

อย่างไรก็ตามข้อมูลจากซุปเปอร์โนวานี้มีความสำคัญมากในแง่ของการศึกษาเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงในเอกภพ

References:

Reiss, A.G. 2003. Dark energy: New supernova results. Kavli-Cerca Cosmology Conference. Oct. 10. Cleveland, Ohio.

Further Readings:

Cowen, R. 2003. Getting the goods on galaxies. Science News 164(Sept. 6):155-156. Available at http://www.sciencenews.org/20030906/bob10.asp

______. 2001. A dark force in the universe. Science News 159(April 7):218-220. Available at http://www.sciencenews.org/20010407/bob14.asp

______. 2001. Starry data support revved-up cosmos. Science News 159(March 31):196. Available to subscribers at http://www.sciencenews.org/20010331/fob1.asp

______. 1998. Repulsive force in the cosmos? Science News 153(March 21):185.