ทฤษฎีบิ๊กแบง อธิบายจักรวาลว่าเริ่มต้นจากสภาวะที่หนาแน่นและร้อนจัดอย่างยิ่งเมื่อประมาณ 13.8 พันล้านปีก่อน แบบจำลองนี้บ่งชี้ว่ากาล-อวกาศเริ่มขยายตัวอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดสสารและพลังงานทั้งหมดที่สังเกตได้ในปัจจุบัน การขยายตัวยังคงดำเนินต่อไปจนถึงปัจจุบัน โดยกาแลคซีเคลื่อนตัวออกจากกันในอัตราที่สามารถวัดได้โดยหอสังเกตการณ์ภาคพื้นดินและอวกาศ
นักดาราศาสตร์สังเกตว่าความเร็วที่กาแลคซีเคลื่อนที่ออกไปจะเพิ่มขึ้นตามระยะทางตามกฎของฮับเบิล-เลแมตร์ ความสัมพันธ์ตามสัดส่วนนี้ถูกระบุครั้งแรกในปี พ.ศ. 2472 และได้รับชื่ออย่างเป็นทางการในปี พ.ศ. 2561 แบบจำลองทางทฤษฎีที่พัฒนาโดยอเล็กซานเดอร์ ฟรีดมันน์ และจอร์ชส เลอแมตร์ได้ทำนายเอกภพที่มีพลวัตแทนที่จะเป็นเอกภพคงที่แล้ว
- ตรวจพบรังสีไมโครเวฟพื้นหลังคอสมิกอย่างสม่ำเสมอในทุกทิศทาง
- มีอุณหภูมิเฉลี่ยประมาณ 2.7 เคลวิน รองรับการทำความเย็นหลังการขยายตัว
- องค์ประกอบทางเคมีเริ่มต้นประกอบด้วยไฮโดรเจนและฮีเลียมเบาที่เกิดขึ้นในไม่กี่นาทีแรกในสัดส่วนที่สูง
หลักฐานการสังเกตการขยายตัวของจักรวาล
กฎฮับเบิล-เลแมตแสดงให้เห็นว่ากาแลคซีที่อยู่ไกลออกไปเคลื่อนที่ออกไปด้วยความเร็วที่มากขึ้น การสังเกตนี้ขัดแย้งกับมุมมองโบราณของจักรวาลนิรันดร์และไม่เปลี่ยนแปลง การวัดด้วยกล้องโทรทรรศน์ที่ทันสมัยช่วยยืนยันรูปแบบขนาดใหญ่
พื้นหลังไมโครเวฟของจักรวาลแสดงถึงส่วนที่เหลือจากความร้อนของเอกภพยุคแรก มันถูกปล่อยออกมาเมื่อจักรวาลเย็นลงพอที่จะให้อะตอมที่เป็นกลางก่อตัวขึ้น ประมาณ 380,000 ปีหลังจากการขยายตัวเริ่มต้นขึ้น ลายเซ็นนี้คงอยู่เหมือนไมโครเวฟหลังจากการยืดออกซึ่งเกิดจากการขยายตัวอย่างต่อเนื่อง
รายละเอียดเกี่ยวกับจักรวาลยุคแรก
สถานะเริ่มแรกของเอกภพมีอุณหภูมิสูงกว่าหลายพันเคลวินและมีความหนาแน่นสูงมาก ในระยะนี้ อนุภาคมูลฐานมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างเข้มข้นก่อนที่จะเย็นตัวลงอย่างต่อเนื่อง แบบจำลองจักรวาลวิทยาอธิบายการเปลี่ยนผ่านไปสู่ระยะที่เกิดนิวเคลียสแสงแรก
การคำนวณทางทฤษฎีทำนายความอุดมสมบูรณ์ขององค์ประกอบแสงที่สังเกตได้ในจักรวาลปัจจุบัน ข้อตกลงระหว่างการทำนายและการวัดผลช่วยเสริมความสอดคล้องของภาพรวม การสังเกตโครงสร้างขนาดใหญ่ยังสอดคล้องกับวิวัฒนาการที่คาดหวังจากความผันผวนในช่วงแรก
กล้องโทรทรรศน์อวกาศช่วยเพิ่มความเข้าใจเกี่ยวกับวิวัฒนาการของจักรวาล
กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์บันทึกกาแลคซีสว่างในช่วงแรกๆ ประมาณ 280 ล้านปีหลังบิ๊กแบง การค้นพบเหล่านี้ท้าทายรายละเอียดบางประการของแบบจำลองการก่อตัวดาวฤกษ์ แต่ก็ไม่ได้ทำให้กรอบการทำงานหลักสำหรับการขยายตัวที่เริ่มต้นเมื่อ 13.8 พันล้านปีก่อนเป็นโมฆะ ข้อมูลทางสเปกโทรสโกปียืนยันการเคลื่อนไปทางสีแดงที่สูงซึ่งสอดคล้องกับระยะห่างของจักรวาลวิทยา
นักดาราศาสตร์วิเคราะห์กาแลคซีเหล่านี้เพื่อปรับแต่งการประมาณค่าการก่อตัวดาวฤกษ์และองค์ประกอบหนักในจักรวาลอายุน้อย ความเร่งของการขยายตัวในปัจจุบันซึ่งเป็นผลมาจากพลังงานมืด ถูกรวมเข้ากับแบบจำลอง Lambda-CDM ที่รวมสสารมืด พลังงานมืด และบิ๊กแบงเข้าด้วยกัน การวัดค่าคงที่ของฮับเบิลจะแสดงการบรรจบกันระหว่างวิธีการต่างๆ เมื่อทำการขัดเกลา
พื้นหลังไมโครเวฟของจักรวาลเป็นบันทึกดึกดำบรรพ์
การแผ่รังสีนี้ทำให้จักรวาลเกือบเท่ากัน โดยมีแอนไอโซโทรปีเล็กๆ ที่สอดคล้องกับเมล็ดพันธุ์แห่งโครงสร้างในอนาคต ดาวเทียมอย่างพลังค์ได้ทำแผนที่ความแปรผันเหล่านี้ด้วยความแม่นยำสูง ทำให้สามารถทดสอบการทำนายทางจักรวาลวิทยาได้อย่างเข้มงวด สเปกตรัมของวัตถุสีดำที่สังเกตได้ตรงกับความคาดหวังของจักรวาลที่เย็นลงหลังจากเหตุการณ์เริ่มแรก
การศึกษาล่าสุดสำรวจว่าการมีส่วนร่วมจากกาแลคซียุคแรกอาจส่งผลต่อการตีความขอบเขตของการแผ่รังสีหรือไม่ แต่ความเห็นพ้องต้องกันยังคงรักษาต้นกำเนิดของมันไว้เหมือนเสียงสะท้อนของเอกภพร้อนในยุคแรกๆ ความสม่ำเสมอและรูปแบบของความผันผวนสนับสนุนสถานการณ์ของจักรวาลที่วิวัฒนาการมาจากสภาวะที่เป็นเนื้อเดียวกันและไอโซโทรปิก
ความท้าทายและการปรับแต่งในแบบจำลองจักรวาลวิทยา
การสังเกตการณ์กาแลคซีเจริญเต็มที่ที่มีการเคลื่อนไปทางสีแดงสูงกระตุ้นให้เกิดการปรับเปลี่ยนพารามิเตอร์การก่อตัวกาแลคซีในช่วงสองสามร้อยล้านปีแรก การปรับเปลี่ยนเหล่านี้เกี่ยวข้องกับอัตราการก่อตัวดาวฤกษ์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นหรือกลไกการป้อนกลับที่ได้รับการแก้ไข แกนกลางของทฤษฎียังคงได้รับการสนับสนุนจากหลักฐานหลายบรรทัดที่เป็นอิสระ
นักวิจัยรวมข้อมูลจากซูเปอร์โนวา เลนส์โน้มถ่วง และการสั่นของเสียงแบริโอนิกเพื่อทดสอบความสอดคล้องกันทั่วโลก ทฤษฎีบิ๊กแบงยังคงเป็นกรอบที่อธิบายชุดการสังเกตที่มีอยู่ในจักรวาลวิทยาเชิงสังเกตร่วมสมัยได้ดีที่สุด
ความอุดมสมบูรณ์ขององค์ประกอบแสงยืนยันการสังเคราะห์นิวเคลียสในยุคแรกเริ่ม
ในช่วงไม่กี่นาทีแรกหลังจากบิ๊กแบง สภาวะทำให้เกิดการหลอมรวมของโปรตอนและนิวตรอนเป็นนิวเคลียสของฮีเลียม ดิวทีเรียม และลิเธียม สัดส่วนที่คาดการณ์ไว้ของฮีเลียมประมาณ 25% โดยมวลนั้นสอดคล้องกับการวัดในบริเวณที่มีการพัฒนาไม่ดีในจักรวาล ข้อตกลงนี้แสดงให้เห็นถึงการทำนายแบบจำลองเชิงปริมาณที่ประสบความสำเร็จ
ลายเซ็นอื่นๆ เช่น การไม่มีองค์ประกอบที่หนักกว่าในปริมาณที่มีนัยสำคัญในวัสดุดั้งเดิม ก็ได้รับการตรวจสอบเช่นกัน ข้อจำกัดทางเคมีเหล่านี้ช่วยเสริมหลักฐานทางจลนศาสตร์และความร้อนสำหรับสถานการณ์ที่กว้างขวาง
การขยายตัวแบบเร่งผสานรวมข้อมูลปัจจุบัน
อัตราการขยายตัวของจักรวาลเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปเนื่องจากอิทธิพลที่โดดเด่นของพลังงานมืด ส่วนประกอบนี้คิดเป็นประมาณ 68% ของปริมาณพลังงานทั้งหมด และส่งผลต่อการวัดในระดับจักรวาลวิทยา กล้องโทรทรรศน์เช่นฮับเบิลและเจมส์เวบบ์ช่วยปรับเทียบระยะทางและความเร็วด้วยความแม่นยำมากขึ้น
แบบจำลองเชิงทฤษฎีรวมความเร่งนี้ไว้โดยไม่เปลี่ยนจุดเริ่มต้นที่ร้อนและหนาแน่นตามที่ทฤษฎีอธิบายไว้ การรวมกันของข้อมูลที่เป็นอิสระช่วยเสริมความแข็งแกร่งของภาพรวม แม้ว่าจะมีความตึงเครียดในพารามิเตอร์เฉพาะที่กระตุ้นให้เกิดการตรวจสอบเพิ่มเติม