โนเบล 2006: COBE และภาพทารกของเอกภพ
Nobel Prize 2006: Mather, Smoot and COBE
อัปเดตล่าสุด
ดาวเทียม COBE พบว่าแสงที่เหลือจากบิกแบงเป็นวัตถุดำที่สมบูรณ์ที่สุดที่เคยวัดได้ และมีความไม่สม่ำเสมอเล็ก ๆ ระดับหนึ่งในแสนส่วน ซึ่งเป็นเมล็ดพันธุ์ของดาราจักรทั้งหมดในเอกภพ
รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปี ค.ศ. 2006 มอบร่วมกันให้ จอห์น มาเทอร์ และ จอร์จ สมูท "สำหรับการค้นพบรูปแบบวัตถุดำและความไม่เท่ากันในทิศต่าง ๆ ของรังสีไมโครเวฟพื้นหลังของเอกภพ"
ดาวเทียม COBE
หลังการค้นพบรังสีไมโครเวฟพื้นหลังในปี ค.ศ. 1965 คำถามสำคัญคือสเปกตรัมของมันเป็นวัตถุดำจริงตามที่ทฤษฎีบิกแบงทำนายหรือไม่ และมันสม่ำเสมอเกินไปหรือเปล่า เพราะถ้าเอกภพยุคแรกสม่ำเสมอสมบูรณ์ ดาราจักรจะเกิดขึ้นไม่ได้ การวัดจากพื้นโลกทำได้ยากเพราะไอน้ำในบรรยากาศ NASA จึงส่งดาวเทียม COBE (Cosmic Background Explorer) ขึ้นในปี ค.ศ. 1989 โครงการนี้มีคนทำงานกว่าพันคน มาเทอร์เป็นผู้ประสานงานโครงการโดยรวมและรับผิดชอบเครื่องวัดสเปกตรัม FIRAS ส่วนสมูทรับผิดชอบเครื่องวัด DMR ที่ตรวจความต่างของอุณหภูมิในทิศต่าง ๆ
วัตถุดำที่สมบูรณ์แบบ
เพียงไม่กี่นาทีแรกของข้อมูลจาก FIRAS ก็แสดงสเปกตรัมที่ตรงกับเส้นโค้งของวัตถุดำที่อุณหภูมิ 2.725 เคลวินอย่างสมบูรณ์ เมื่อนำเสนอในการประชุมสมาคมดาราศาสตร์อเมริกันในเดือนมกราคม ค.ศ. 1990 ผู้ฟังลุกขึ้นปรบมือ ความเบี่ยงเบนจากวัตถุดำที่วัดได้น้อยกว่าราว 50 ส่วนในล้านส่วน สเปกตรัมแบบนี้เกิดได้เฉพาะเมื่อรังสีและสสารอยู่ในสมดุลความร้อนอย่างสมบูรณ์ ซึ่งตรงกับเอกภพยุคแรกที่ร้อนและหนาแน่นตามทฤษฎีบิกแบง
ริ้วรอยในเอกภพยุคแรก
ในปี ค.ศ. 1992 ทีมของสมูทประกาศว่าพบความต่างของอุณหภูมิในทิศต่าง ๆ ขนาดเพียงราว 30 ไมโครเคลวิน หรือราวหนึ่งในแสนส่วน
บริเวณที่อุ่นและเย็นกว่าเล็กน้อยเหล่านี้สะท้อนความหนาแน่นที่ต่างกันเล็กน้อยในเอกภพเมื่ออายุ 380,000 ปี แรงโน้มถ่วงค่อย ๆ ขยายความต่างนี้จนกลายเป็นดาราจักรและกระจุกดาราจักรในปัจจุบัน สมูทเปรียบภาพนี้ว่า "ถ้าคุณเป็นคนเคร่งศาสนา นี่เหมือนได้เห็นพระพักตร์ของพระเจ้า" และ สตีเฟน ฮอว์คิง เรียกมันว่า "การค้นพบที่สำคัญที่สุดแห่งศตวรรษ หรืออาจตลอดกาล"
สิ่งที่ตามมา
COBE แยกรายละเอียดได้ราวเจ็ดองศา ดาวเทียม WMAP (ค.ศ. 2001) และ Planck (ค.ศ. 2009) ทำแผนที่ละเอียดกว่ามาก จนวัดอายุ องค์ประกอบ และรูปร่างของเอกภพได้แม่นยำในระดับเปอร์เซ็นต์ เปลี่ยนจักรวาลวิทยาจากสาขาที่เคยมีความคลาดเคลื่อนเป็นเท่าตัวให้กลายเป็นวิทยาศาสตร์ที่แม่นยำ
คำศัพท์ในบทความนี้
- John Matherจอห์น มาเทอร์
- George Smootจอร์จ สมูท
- COBEดาวเทียม COBE
- cosmic microwave backgroundรังสีไมโครเวฟพื้นหลังของเอกภพ
- black bodyวัตถุดำ
- anisotropyความไม่เท่ากันในทิศต่าง ๆ
บทความที่เกี่ยวข้อง
- รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของเอกภพแสงที่เก่าแก่ที่สุดในเอกภพ ปล่อยออกมาเมื่อเอกภพอายุราว 380,000 ปี และยังมาถึงเราจากทุกทิศทุกเวลา
- ทฤษฎีบิกแบงเอกภพเริ่มจากสภาวะที่ร้อนและหนาแน่นมากเมื่อราว 13,800 ล้านปีก่อน และขยายตัวมาจนถึงทุกวันนี้
- การแผ่รังสีของวัตถุดำ: อ่านอุณหภูมิดาวจากแสงวัตถุทุกชนิดที่มีอุณหภูมิจะแผ่แสงออกมา รูปร่างของสเปกตรัมขึ้นกับอุณหภูมิเท่านั้น กฎสามข้อของวัตถุดำทำให้นักดาราศาสตร์บอกอุณหภูมิ ขนาด และกำลังส่องสว่างของดาวได้จากแสงอย่างเดียว
- โนเบล 1978: เสียงฟู่ที่กลายเป็นแสงแรกของเอกภพสองวิศวกรวิทยุพยายามกำจัดเสียงรบกวนจาง ๆ ที่มาจากทุกทิศบนท้องฟ้า ถึงขั้นไล่นกพิราบออกจากเสาอากาศ แต่เสียงก็ไม่หายไป สิ่งที่พวกเขาพบโดยบังเอิญคือแสงที่เหลือจากบิกแบง
- อินเฟลชัน: เอกภพพองตัวในเสี้ยววินาทีแรกทฤษฎีบิกแบงแบบเดิมตอบไม่ได้ว่าทำไมเอกภพจึงสม่ำเสมอทุกทิศและแบนพอดี ทฤษฎีอินเฟลชันเสนอว่าในเสี้ยววินาทีแรก เอกภพขยายตัวเร็วอย่างเหลือเชื่อ และระลอกควอนตัมเล็ก ๆ ในช่วงนั้นกลายเป็นเมล็ดพันธุ์ของดาราจักรทั้งหมด
- รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์กับดาราศาสตร์รวมรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ที่มอบให้การค้นพบทางดาราศาสตร์ ตั้งแต่รังสีคอสมิกในปี ค.ศ. 1936 ไปจนถึงนิวทริโนพลังงานสูงจากนอกทางช้างเผือกในปี ค.ศ. 2026 พร้อมเรื่องเบื้องหลังของรางวัล