สมาคมดาราศาสตร์ไทย

แผนที่บิกแบง

แผนที่บิกแบง

23 ก.พ. 2546
รายงานโดย: วิมุติ วสะหลาย (wimut@hotmail.com)
เมื่อวันที่ 11 กุมภาพันธ์ที่ผ่านมา ในที่ประชุมสื่อมวลชนของนาซาที่วอชิงตันดีซี นักดาราศาสตร์ได้เปิดเผยผลสำรวจของดาวเทียมที่เป็นศูนย์รวมความหวังของนักดาราศาสตร์ชื่อ ดับเบิลยูแมป (WMAP--Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) น่าแปลกที่ผลงานอันยิ่งใหญ่ของดับเบิลยูแมปคือ ความไม่มีอะไรใหม่ ไม่มีการค้นพบสิ่งที่จะมาปฏิวัติความคิดหรือทฤษฎีทางจักรวาลวิทยาปัจจุบัน แต่ดับเบิลยูแมปได้ยืนยันและสนับสนุนความคิดเดิมของนักดาราศาสตร์ให้หนักแน่นยิ่งขึ้น 

เดิมดาวเทียมลำนี้มีชื่อว่าแมป แต่ต่อมาได้เปลี่ยนชื่อเป็น วิลคินสันไมโครเวฟแอนไอโซทรอปีโพรบ เพื่อเป็นเกียรติแก่ เดวิด ที. วิลคินสัน นักจักรวาลวิทยา ซึ่งเสียชีวิตไปเมื่อเดือนกันยายนปีที่แล้ว 

ดับเบิลยูแมปทะยานขึ้นจากโลกเมื่อเดือนมิถุนายน 2544 และได้เข้าประจำตำแหน่งในอวกาศที่จุดลากรองแอล (L2 lagrangian point) ซึ่งอยู่ระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ ห่างจากโลกประมาณ 1.5 ล้านกิโลเมตร หน้าที่หลักคือสำรวจทำแผนที่คลื่นไมโครเวฟพื้นหลังของอวกาศ 

คลื่นไมโครเวฟพื้นหลังของอวกาศ เป็นแสงเรืองค้างของแสงในเอกภพที่เกิดขึ้นราว 380,000 ปีหลังจากการระเบิดใหญ่ที่เป็นจุดกำเนิดของเอกภพ ทั่วทุกพื้นที่ของเอกภพมีคลื่นไมโครเวฟพื้นหลังอยู่ทั่วไปและมีอย่างเกือบสม่ำเสมอในทุกทิศทาง รังสีพื้นหลังแต่ละบริเวณมีความแตกต่างกันเพียงเล็กน้อย ระลอกของรังสีพื้นหลังนี้เกิดจากความอลหม่านที่เกิดขึ้นในช่วงแรกของการกำเนิดเอกภพ การศึกษาขนาดและความเข้มของระลอกรังสีพื้นหลังช่วยให้ทราบว่าเอกภพมีต้นกำเนิดเป็นอย่างไร 

เดิมนักดาราศาสตร์เคยเชื่อว่าการศึกษาระลอกรังสีพื้นหลังจะต้องกระทำนอกโลกเท่านั้น เป็นเหตุที่ต้องมีโครงการดับเบิลยูแมปขึ้น แต่อย่างไรก็ตาม ในช่วงเวลาที่ผ่านมา มีนักดาราศาสตร์จำนวนมากได้พยายามสำรวจสิ่งนี้จากภาคพื้นดินด้วยวิธีการต่าง ๆ เช่นสำรวจตามยอดเขา ตามที่ราบสูงในทวีปแอนตาร์กติกา หรือจากบัลลูน แม้การสำรวจบนโลกจะด้อยกว่าดับเบิลยูแมปหลายอย่าง ไม่ว่าจะเป็นพื้นที่สำรวจบนท้องฟ้าที่แคบกว่า ความไวและความละเอียดของอุปกรณ์น้อยกว่า และสัญญาณรบกวนมากกว่า แต่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เทคโนโลยีของเครื่องมือวัดได้พัฒนาไปอย่างมาก การสำรวจต่าง ๆ จึงสามารถทดแทนและเติมเต็มข้อบกพร่องซึ่งกันและกันได้ ทำให้การสำรวจภาคพื้นดินประสบความสำเร็จได้ไม่แพ้ดับเบิลยูแมป และบางอย่างกลับทำได้ดีกว่าด้วยซ้ำ 

สิ่งที่ดับเบิลยูแมปค้นพบ มีดังนี้ 

 ปริภูมิทั่วทั้งเอกภพราบเรียบ เช่นเดียวกับปริภูมิรอบตัวเราที่คุ้นเคย นั่นหมายความว่า เส้นขนานจะคงเป็นเส้นขนานตลอดความยาวไม่ว่าเส้นนั้นจะยาวเพียงใด เอกภพราบเรียบเป็นการสนับสนุนทฤษฎีเอกภพโป่งพอง (cosmic inflation theory) ซึ่งเป็นพื้นฐานของทฤษฎีบิกแบงว่าถูกต้อง และหมายความว่าเอกภพไม่มีขอบเขต บริเวณนอกเหนือจากเอกภพที่มองเห็นแล้วก็ยังคงมีดาราจักรและกระจุกดาราจักรอย่างไม่สิ้นสุด 

 สรรพสิ่งในเอกภพประกอบด้วยสสารแบริออน (สสารที่ประกอบเป็นอะตอม) 4.4 ± 0.4 เปอร์เซ็นต์ สสารมืด 23 ± เปอร์เซ็นต์ และพลังงานมืด 73 ± เปอร์เซ็นต์ 

 สสารมืดเป็นสสารมืดเย็น ไม่มีสสารมืดร้อน นิวทริโนมีปริมาณไม่เกิน 0.76 เปอร์เซ็นต์ของสสารและพลังงานทั้งหมดในเอกภพ ซึ่งหมายความว่ามวลของนิวทริโนมีไม่เกิน 0.23 อิเล็กตรอนโวลต์ 

 เอกภพมีอายุ 13.7 ± 0.2 พันล้านปี ตัวเลขนี้ได้จากวิธีการประมาณอายุที่ดีที่สุด มีความผิดพลาดไม่เกิน เปอร์เซ็นต์ 

 ค่าคงตัวฮับเบิล ซึ่งเป็นตัวเลขที่แสดงอัตราการขยายของเอกภพ มีค่าเท่ากับ 71 ± กิโลเมตรต่อวินาทีต่อเมกะพาร์เซก ตัวเลขนี้สอดคล้องต้องกับค่าที่ได้จากการประเมินโดยวิธีอื่น ๆ เช่นโครงการฮับเบิลสเปซเทเลสโกปคีย์ ซึ่งใช้วิธีสำรวจดาวแปรแสงชนิดซีฟิดในดาราจักรอื่น 

 ดาวฤกษ์ดวงแรกเกิดขึ้นเมื่อเอกภพมีอายุเพียง 100 ถึง 400 ปี ตัวเลขนี้น้อยกว่าที่นักดาราศาสตร์เคยประมาณเอาไว้ ดับเบิลยูแมปได้ตัวเลขนี้มาจากการวัดรูปแบบของโพลาไรเซชันของรังสีไมโครเวฟพื้นหลัง 

ข้อมูลจากดับเบิลยูแมปที่ได้มาในครั้งนี้ ได้มาจากการปฏิบัติงานนานเพียง ปี แต่ดาวเทียมนี้มีกำหนดอายุใช้งานไว้ ปี ดังนั้นภารกิจการสำรวจเอกภพยังคงดำเนินต่อไป และคาดว่าจะช่วยให้นักดาราศาสตร์มองภาพของเอกภพได้ชัดเจนยิ่งขึ้น 

อย่างไรก็ตาม นักจักรวาลวิทยากำลังตระเตรียมโครงการใหญ่ต่อไป นั่นคือภารกิจ พลังค์ ขององค์การอวกาศยุโรป ซึ่งมีความละเอียดของเครื่องมืดวัดสูงกว่า พลังค์มีกำหนดจะขึ้นสู่อวกาศในต้นปี 2550 

ยานดับเบิลยูแมป มีความสูง 3.8 เมตร มีจานไมโครเวฟสองใบ สามารถเปรียบเทียบอุณหภูมิของจุดบนท้องฟ้าขนาด 20 ลิปดาได้อย่างแม่นยำ

ยานดับเบิลยูแมป มีความสูง 3.8 เมตร มีจานไมโครเวฟสองใบ สามารถเปรียบเทียบอุณหภูมิของจุดบนท้องฟ้าขนาด 20 ลิปดาได้อย่างแม่นยำ

สสารแบริออน มีจำนวนเพียง 4.4 เปอร์เซ็นต์ของสรรพสิ่งในเอกภพ (ภาพจาก Courtesy NASA / WMAP Science Team)

สสารแบริออน มีจำนวนเพียง 4.4 เปอร์เซ็นต์ของสรรพสิ่งในเอกภพ (ภาพจาก Courtesy NASA / WMAP Science Team)

แผนที่ทั่วท้องฟ้าจากภารกิจดับเบิลยูแมป แสดงความแตกต่างของอุณหภูมิพื้นหลังซึ่งแสดงภาพของเอกภพเมื่อมีอายุเพียง 380,000 ปี (ภาพจาก NASA / WMAP Science Team)

แผนที่ทั่วท้องฟ้าจากภารกิจดับเบิลยูแมป แสดงความแตกต่างของอุณหภูมิพื้นหลังซึ่งแสดงภาพของเอกภพเมื่อมีอายุเพียง 380,000 ปี (ภาพจาก NASA / WMAP Science Team)

ที่มา: