โนเบล 2011: เอกภพกำลังขยายตัวเร่งขึ้น

รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปี ค.ศ. 2011 ครึ่งหนึ่งมอบให้ ซอล เพิร์ลมัตเตอร์ อีกครึ่งหนึ่งมอบร่วมกันให้ ไบรอัน ชมิดต์ และ อดัม รีสส์ "สำหรับการค้นพบการขยายตัวที่เร่งขึ้นของเอกภพผ่านการสังเกตซูเปอร์โนวาที่อยู่ไกล"

คำถามที่ตั้งไว้

ในคริสต์ทศวรรษ 1990 นักจักรวาลวิทยาเชื่อว่าการขยายตัวของเอกภพน่าจะกำลังช้าลง เพราะแรงโน้มถ่วงของสสารทั้งหมดดึงทุกอย่างเข้าหากัน คำถามคือช้าลงมากแค่ไหน ซึ่งจะบอกว่าเอกภพจะขยายตลอดไปหรือยุบกลับในอนาคต วิธีตอบคือวัดระยะทางของวัตถุที่อยู่ไกลมาก แล้วเทียบกับการเลื่อนทางแดง

เทียนมาตรฐานที่สว่างพอ

ซูเปอร์โนวาประเภท Ia เกิดเมื่อดาวแคระขาวระเบิด สว่างพอจะเห็นได้ไกลหลายพันล้านปีแสง และมีความสว่างสูงสุดใกล้เคียงกัน หลังแก้ด้วยความสัมพันธ์ว่าซูเปอร์โนวาที่สว่างกว่าจะจางลงช้ากว่า ปัญหาคือมันเกิดไม่บ่อยและไม่รู้ล่วงหน้าว่าจะเกิดที่ไหน ทั้งสองทีมคิดวิธีถ่ายภาพท้องฟ้าบริเวณเดียวกันซ้ำห่างกันราวสามสัปดาห์ด้วยกล้องถ่ายภาพ CCD แล้วเทียบหาจุดแสงใหม่ จากนั้นรีบใช้กล้องขนาดใหญ่รวมถึงกล้องฮับเบิลติดตามความสว่างและวัดสเปกตรัม

ผลที่ทำให้ตกใจ

ทีม Supernova Cosmology Project ของเพิร์ลมัตเตอร์ และทีม High-Z Supernova Search ของชมิดต์ ซึ่งรีสส์เป็นผู้วิเคราะห์ข้อมูลหลัก ทำงานแข่งกันโดยอิสระ แต่ได้ผลเดียวกันในปี ค.ศ. 1998 ซูเปอร์โนวาที่อยู่ไกลจางกว่าที่ควรราว 25% แปลว่าอยู่ไกลกว่าที่คาดถ้าเอกภพขยายตัวช้าลง ข้อสรุปเดียวที่สอดคล้องคือการขยายตัวกำลังเร่งขึ้น

พลังงานมืด

สิ่งที่ทำให้เอกภพเร่งตัวถูกเรียกว่าพลังงานมืด ซึ่งดูเหมือนจะคิดเป็นราว 68% ถึง 70% ของพลังงานทั้งหมดในเอกภพ คำอธิบายที่ง่ายที่สุดคือค่าคงที่จักรวาลของไอน์สไตน์ ผลนี้ได้รับการยืนยันภายหลังจากหลักฐานอิสระหลายแหล่ง ทั้งรังสีไมโครเวฟพื้นหลังและการสั่นของแบริออนแบบเสียง แต่ธรรมชาติที่แท้จริงของพลังงานมืดยังไม่มีใครรู้ และผลการสำรวจของ DESI ล่าสุดยังบอกเป็นนัยว่ามันอาจเปลี่ยนแปลงตามเวลาด้วย