ปริศนาที่ใหญ่ที่สุดชิ้นหนึ่งในวิชาฟิสิกส์ดาราศาสตร์สามารถแก้ไขได้โดยการทำทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของ

Albert Einstein ใหม่หรือไม่? การศึกษาใหม่ที่เขียนโดยนักวิทยาศาสตร์ของ NASA กล่าวว่ายังไม่มีจักรวาลกำลังขยายตัวอย่างรวดเร็ว และนักวิทยาศาสตร์ไม่รู้ว่าทำไม ปรากฏการณ์นี้ดูเหมือนจะขัดแย้งกับทุกสิ่งที่นักวิจัยเข้าใจเกี่ยวกับผลกระทบของแรงโน้มถ่วงต่อจักรวาล: ราวกับว่าคุณโยนแอปเปิ้ลขึ้นไปในอากาศแล้วมันก็ขึ้นไปข้างบน เร็วขึ้น และเร็วขึ้น สาเหตุของการเร่งความเร็วที่เรียกว่าพลังงานมืดยังคงเป็นปริศนา

• บทความอื่น ๆ : latabernadeldiablo.com

การศึกษาใหม่จากการสำรวจพลังงานมืด ระหว่างประเทศ โดยใช้กล้องโทรทรรศน์วิกเตอร์ เอ็ม. บลังโก 4 เมตรในชิลี นับเป็นความพยายามครั้งล่าสุดในการพิจารณาว่าทั้งหมดนี้เป็นเพียงความเข้าใจผิด: ความคาดหวังว่าแรงโน้มถ่วงทำงานอย่างไรในระดับของทั้งจักรวาล มีข้อบกพร่องหรือไม่ครบถ้วน ความเข้าใจผิดที่อาจเกิดขึ้นนี้อาจช่วยให้นักวิทยาศาสตร์อธิบายพลังงานมืดได้ แต่การศึกษาซึ่งเป็นการทดสอบที่แม่นยำที่สุดชิ้นหนึ่งของทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ในระดับจักรวาล พบว่าความเข้าใจในปัจจุบันยังคงดูเหมือนถูกต้อง

ผลการวิจัยที่เขียนโดยกลุ่มนักวิทยาศาสตร์ที่มีบางส่วนจากห้องปฏิบัติการขับเคลื่อนด้วยไอพ่นของ NASA ถูกนำเสนอในวันพุธที่ 23 ส.ค. ที่การประชุมนานาชาติเรื่องฟิสิกส์อนุภาคและจักรวาลวิทยา (COSMO’22) ในเมืองริโอเดจาเนโร งานนี้ช่วยกำหนดฉากสำหรับกล้องโทรทรรศน์อวกาศสองดวงที่กำลังจะมีขึ้น ซึ่งจะตรวจสอบความเข้าใจเรื่องแรงโน้มถ่วงของเราด้วยความแม่นยำที่สูงกว่าการศึกษาใหม่ และบางทีอาจไขปริศนา ได้ใน ที่สุด

มากกว่าหนึ่งศตวรรษที่ผ่านมา อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ พัฒนาทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเพื่ออธิบายแรงโน้มถ่วง และจนถึงขณะนี้ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ได้ทำนายทุกอย่างอย่างแม่นยำตั้งแต่วงโคจรของดาวพุธไปจนถึงการมีอยู่ของหลุมดำ แต่ถ้าทฤษฎีนี้ไม่สามารถอธิบายพลังงานมืดได้ นักวิทยาศาสตร์บางคนก็แย้ง บางทีพวกเขาอาจจำเป็นต้องแก้ไขสมการบางส่วนหรือเพิ่มองค์ประกอบใหม่

เพื่อดูว่าเป็นกรณีนี้หรือไม่ สมาชิกของ Dark Energy Survey ได้ค้นหาหลักฐานที่แสดงว่าความแรงของแรงโน้มถ่วงนั้นแปรผันตลอดประวัติศาสตร์ของจักรวาลหรือในระยะทางของจักรวาล การค้นพบในเชิงบวกบ่งชี้ว่าทฤษฎีของไอน์สไตน์ยังไม่สมบูรณ์ ซึ่งอาจช่วยอธิบายการขยายตัวอย่างรวดเร็วของเอกภพได้ พวกเขายังตรวจสอบข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์อื่น ๆ นอกเหนือจาก Blanco รวมถึงดาวเทียม Planck ของ ESA (European Space Agency) และได้ข้อสรุปเดียวกัน

ผลการศึกษาพบว่าทฤษฎีของไอน์สไตน์ยังใช้ได้อยู่ ยังไม่มีคำอธิบายเกี่ยวกับพลังงานมืด แต่งานวิจัยนี้จะแบ่งเป็นสองภารกิจที่จะเกิดขึ้น: ภารกิจ Euclidของ ESA ซึ่งกำหนดไว้สำหรับการเปิดตัวไม่ช้ากว่าปี 2023 ซึ่งได้รับการสนับสนุนจาก NASA และกล้องโทรทรรศน์อวกาศโรมัน Nancy Grace Roman ของ NASA ซึ่งตั้งเป้าไว้สำหรับการเปิดตัวภายในเดือนพฤษภาคม 2027 กล้องโทรทรรศน์ทั้งสองจะค้นหาการเปลี่ยนแปลงในความแรงของแรงโน้มถ่วงในช่วงเวลาหรือระยะทาง

มองเห็นภาพซ้อนนักวิทยาศาสตร์รู้ได้อย่างไรว่าเกิดอะไรขึ้นในอดีตของจักรวาล? โดยการมองดูวัตถุที่อยู่ห่างไกล ปีแสงเป็นหน่วยวัดระยะทางที่แสงเดินทางได้ในหนึ่งปี (ประมาณ 6 ล้านล้านไมล์ หรือประมาณ 9.5 ล้านล้านกิโลเมตร) นั่นหมายถึงวัตถุที่อยู่ห่างออกไปหนึ่งปีแสงก็ปรากฏแก่เราเหมือนเมื่อหนึ่งปีก่อน เมื่อแสงออกจากวัตถุครั้งแรก และกาแล็กซีที่อยู่ห่างออกไปหลายพันล้านปีแสงก็ปรากฏแก่เราเหมือนเมื่อหลายพันล้านปีก่อน การศึกษาใหม่นี้ศึกษากาแลคซีที่มีอายุย้อนหลังไปประมาณ 5 พันล้านปี ยูคลิดจะมองย้อนกลับไปเมื่อ 8 พันล้านปีก่อน และโรมันจะมองย้อนกลับไป 11 พันล้านปี

กาแล็กซีเองไม่ได้เปิดเผยความแรงของแรงโน้มถ่วง แต่จะมีลักษณะอย่างไรเมื่อมองจากโลก สสารส่วนใหญ่ในจักรวาลของเราคือสสารมืด ซึ่งไม่ปล่อย ไม่สะท้อน หรือทำปฏิกิริยากับแสง ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์ไม่รู้ว่ามันทำมาจากอะไร พวกเขารู้ว่ามันอยู่ที่นั่น เพราะแรงโน้มถ่วงของมันปล่อยทิ้งไป: แหล่งกักเก็บสสารมืดขนาดใหญ่ในอวกาศบิดเบี้ยว ของจักรวาล เอง เมื่อแสงเดินทางผ่านอวกาศ มันจะไปพบกับส่วนต่างๆ ของอวกาศที่บิดเบี้ยว ทำให้ภาพของดาราจักรที่อยู่ห่างไกลปรากฏเป็นโค้งหรือมีรอยเปื้อน ภาพนี้แสดงอยู่ในภาพแรกที่เผยแพร่จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ของนาซ่า

วิดีโอนี้อธิบายปรากฏการณ์ที่เรียกว่าเลนส์โน้มถ่วง ซึ่งอาจทำให้ภาพของกาแลคซีดูบิดเบี้ยวหรือมีรอยเปื้อนได้ ความบิดเบี้ยวนี้เกิดจากแรงโน้มถ่วง และนักวิทยาศาสตร์สามารถใช้เอฟเฟกต์นี้ในการตรวจจับสสารมืดซึ่งไม่ปล่อยหรือสะท้อนแสง
เครดิต: ศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ดของนาซ่า

นักวิทยาศาสตร์ของ Dark Energy Survey ค้นหาภาพดาราจักรเพื่อหาการบิดเบือนที่ละเอียดกว่าอันเนื่องมาจากพื้นที่การโก่งตัวของสสารมืด เอฟเฟกต์ที่เรียกว่าเลนส์โน้มถ่วงต่ำ ความแรงของแรงโน้มถ่วงกำหนดขนาดและการกระจายของโครงสร้างสสารมืด และขนาดและการกระจายจะเป็นตัวกำหนดว่าดาราจักรเหล่านั้นบิดเบี้ยวอย่างไรให้ปรากฏแก่เรา นั่นเป็นวิธีที่ภาพสามารถเปิดเผยความแรงของแรงโน้มถ่วงในระยะทางที่แตกต่างจากโลกและเวลาอันห่างไกลตลอดประวัติศาสตร์ของจักรวาล ตอนนี้กลุ่มได้วัดรูปร่างของกาแล็กซีกว่า 100 ล้านกาแล็กซี่แล้ว และจนถึงตอนนี้ การสังเกตการณ์ก็ตรงกับสิ่งที่ทฤษฎีของไอน์สไตน์ทำนายไว้

“ยังคงมีพื้นที่ให้ท้าทายทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์ เนื่องจากการวัดมีความแม่นยำมากขึ้นเรื่อยๆ” Agnès Ferté ผู้ร่วมวิจัยซึ่งทำการวิจัยในฐานะนักวิจัยหลังปริญญาเอกที่ JPL กล่าว “แต่เรายังมีอะไรต้องทำอีกมากก่อนที่เราจะพร้อมสำหรับยุคลิดและโรมัน ดังนั้นเราจึงยังคงร่วมมือกับนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกในปัญหานี้ต่อไป เช่นเดียวกับที่เราทำกับการสำรวจพลังงานมืด”