ภาพลวงตาจักรวาลแสดงดาวฤกษ์ระเบิดห้าครั้งและช่วยวัดความเร็วของจักรวาล

การระเบิดของดาวฤกษ์ที่อยู่ห่างไกลได้ให้เครื่องมือใหม่แก่นักวิทยาศาสตร์ในการทำความเข้าใจอัตราการเติบโตที่แท้จริงของจักรวาล ซูเปอร์โนวาชื่อ SN Winny ปรากฏขึ้นทวีคูณในท้องฟ้ายามค่ำคืน เผยภาพห้าภาพที่แตกต่างกันของเหตุการณ์ทางดาราศาสตร์เดียวกันนี้ด้วยเอฟเฟ็กต์ภาพสุดขั้ว ปรากฏการณ์ที่หายากนี้ทำหน้าที่เป็นห้องทดลองทางธรรมชาติที่มีขนาดมหึมา ขณะนี้นักวิจัยกำลังใช้ความผิดปกติทางแสงนี้เพื่อพยายามแก้ไขปัญหาทางตันที่ใหญ่ที่สุดประการหนึ่งในฟิสิกส์ทฤษฎีร่วมสมัย การค้นพบนี้สัญญาว่าจะเขียนคู่มือจักรวาลวิทยาใหม่

ดาวฤกษ์ที่กำลังจะตายนี้อยู่ห่างจากโลกออกไป 10 พันล้านปีแสงอย่างน่าประทับใจ แสงของมันถูกบิดเบือนอย่างมากก่อนที่จะไปถึงกระจกของกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดิน ทีมงานจากมหาวิทยาลัยเทคนิคมิวนิก (TUM) และมหาวิทยาลัยลุดวิก แม็กซิมิเลียน (LMU) เป็นผู้นำการวิเคราะห์ที่ซับซ้อนของข้อมูลที่รวบรวม วัตถุประสงค์หลักคือการวัดเวลาหน่วงที่แน่นอนระหว่างลักษณะของแสงสะท้อนแต่ละดวงจากทั้งหมดห้าดวง ความแตกต่างตามลำดับเวลาถือเป็นกุญแจสำคัญในการกำหนดค่าคงที่ของฮับเบิลด้วยความแม่นยำอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน ความพยายามร่วมกันนี้เกี่ยวข้องกับผู้เชี่ยวชาญหลายสิบคนที่มุ่งเน้นในการถอดรหัสปริศนา

เลนส์โน้มถ่วงสร้างภาพลวงตาในระดับมหึมา

การเกิดขึ้นหลายครั้งของ SN Winny ไม่ได้แสดงถึงข้อผิดพลาดในเครื่องมือสังเกตการณ์ แต่เป็นผลโดยตรงของกฎสัมพัทธภาพทั่วไปที่ Albert Einstein กำหนดขึ้นเมื่อต้นศตวรรษที่ผ่านมา ระหว่างโลกกับดาวที่กำลังระเบิด มีกาแลคซีขนาดใหญ่ที่ทำหน้าที่เป็นแว่นขยายจักรวาลขนาดมหึมาอย่างแท้จริง แรงโน้มถ่วงของวัตถุที่อยู่ตรงกลางนี้มีความรุนแรงมากจนสามารถโค้งงอโครงสร้างของกาล-อวกาศที่อยู่รอบๆ ตัวมันได้ ด้วยเหตุนี้ โฟตอนที่ปล่อยออกมาจากซูเปอร์โนวาจึงเดินทางไปตามเส้นทางต่างๆ โดยผ่านสิ่งกีดขวางทางช้างเผือกผ่านเส้นทางวงโคจรหลายเส้นทาง แสงเป็นไปตามความโค้งของอวกาศ

เนื่องจากแต่ละเส้นทางมีความยาวไม่ซ้ำกันและเผชิญกับความหนาแน่นของแรงโน้มถ่วงที่ต่างกัน แสงจึงมายังโลกของเราในเวลาที่ต่างกัน นักดาราศาสตร์สังเกตการปรากฏครั้งแรกของแฟลช และหลังจากนั้นไม่นาน ได้บันทึกอาฟเตอร์ช็อกที่เกิดขึ้นที่จุดต่างกันเล็กน้อยในบริเวณอวกาศเดียวกัน การจัดตำแหน่งทางเรขาคณิตที่จำเป็นสำหรับเอฟเฟกต์นี้ต้องอาศัยความสมบูรณ์แบบเป็นพิเศษระหว่างผู้สังเกตการณ์ เลนส์ และแหล่งกำเนิดแสง เป็นเหตุการณ์บังเอิญที่เปลี่ยนกาแลคซีกลางให้เป็นกล้องโทรทรรศน์ธรรมชาติที่ทรงพลังยิ่งกว่าอุปกรณ์ใดๆ ที่มนุษยชาติสร้างขึ้นจนถึงปัจจุบัน

ความล่าช้าในการมาถึงของแสงทำให้เราสามารถคำนวณจังหวะของจักรวาลได้

ความสำคัญของ SN Winny มีมากกว่าความสวยงามทางสายตาหรือความอยากรู้อยากเห็นของปรากฏการณ์ตัวคูณ ปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์เผชิญกับภาวะที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออกอย่างลึกซึ้งที่เรียกว่าความตึงเครียดของฮับเบิล ซึ่งวิธีการวัดที่แตกต่างกันชี้ไปที่ผลลัพธ์ที่แตกต่างกันอย่างมากสำหรับความเร็วการขยายตัวของจักรวาล เทคนิคบางอย่างวิเคราะห์พื้นหลังไมโครเวฟคอสมิกที่เหลือจากบิ๊กแบง ในขณะที่เทคนิคอื่นๆ มองดาวฤกษ์ที่เต้นเป็นจังหวะในกาแลคซีใกล้เคียง ตัวเลขก็ไม่รวมกัน การค้นพบใหม่นี้นำเสนอทางเลือกและแนวทางที่เป็นอิสระอย่างสมบูรณ์ในการแก้ปัญหาความคลาดเคลื่อนทางคณิตศาสตร์ที่หลอกหลอนนักวิจัย

เพื่อให้เข้าใจถึงวิธีการทำงานของการวัดในทางปฏิบัติ ผู้เชี่ยวชาญจะแบ่งกระบวนการวิเคราะห์ออกเป็นขั้นตอนพื้นฐาน:

• แรงโน้มถ่วงของดาราจักรส่วนหน้าหักเหรังสีแสงในมุมที่หลากหลายและคาดเดาไม่ได้
• เส้นทางที่ยาวกว่าส่งผลให้เกิดความล่าช้าในการมาถึงซึ่งอาจกินเวลาตั้งแต่หลายวันไปจนถึงหลายเดือน
• ความแตกต่างของเวลาที่แน่นอนเผยให้เห็นระยะทางที่รังสีเดินทางได้ในสุญญากาศของอวกาศ
• การคำนวณขั้นสุดท้ายจะให้อัตราการยืดออกของช่องว่างระหว่างเทห์ฟากฟ้าที่อยู่ห่างไกล

ทีมวิจัยมุ่งความสนใจไปที่การปรับแต่งเส้นโค้งแสงของแต่ละภาพที่ถ่ายด้วยเครื่องมือทั้งห้าภาพ การตรวจสอบอย่างต่อเนื่องต้องใช้ความอดทนอย่างยิ่ง เนื่องจากแสงจากซุปเปอร์โนวาค่อยๆ อ่อนลงในช่วงหลายสัปดาห์หลังการระเบิด การกำจัดสัญญาณรบกวนทางสถิติและการรับรองว่าความแปรผันของความสว่างสอดคล้องกับเหตุการณ์เดียวกันทุกประการถือเป็นความท้าทายทางเทคนิคที่ใหญ่ที่สุดของการดำเนินงานทั้งหมด ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่มหาวิทยาลัยในเยอรมนีประมวลผลข้อมูลหลายเทราไบต์ทุกวันเพื่อรับประกันความสมบูรณ์ที่สมบูรณ์ของแบบจำลองทางกายภาพที่นำไปใช้

ความหายากของปรากฏการณ์นี้ท้าทายสถิติทางดาราศาสตร์ในปัจจุบัน

การค้นหาซูเปอร์โนวาคูณด้วยเลนส์โน้มถ่วงถือเป็นความสำเร็จที่น่าทึ่ง แต่ SN Winny อยู่ในประเภทที่พิเศษและมีคุณค่ามากกว่านั้น ถูกจัดประเภทเป็นซูเปอร์โนวาประเภท Ia ซึ่งเป็นเหตุการณ์แสนสาหัสที่เกิดขึ้นเมื่อดาวแคระขาวดูดกลืนสสารจากเพื่อนข้างเคียงจนกระทั่งถึงธรณีประตูวิกฤติและระเบิดอย่างรุนแรง การระเบิดเหล่านี้มีความสว่างภายในที่ได้มาตรฐาน ซึ่งทำหน้าที่เป็นเทียนมาตรฐานที่แม่นยำสำหรับการวัดระยะทางในจักรวาลอันกว้างใหญ่ การผสมผสานที่หาได้ยากของเทียนมาตรฐานและเอฟเฟ็กต์เลนส์หลายเลนส์ทำให้เกิดบรรยากาศที่สมบูรณ์แบบสำหรับจักรวาลวิทยาสมัยใหม่

ความน่าจะเป็นที่จะสังเกตเห็นขอบเขตที่คล้ายกันซึ่งเป็นไปไม่ได้ ตามการประมาณการที่เข้มงวดของผู้เชี่ยวชาญในสาขานั้น นักวิจัยคำนวณว่ามีซุปเปอร์โนวาเพียงหนึ่งในแสนเท่านั้นที่ทนทุกข์ทรมานจากความบิดเบี้ยวของแรงโน้มถ่วงประเภทนี้ ซึ่งสามารถสร้างภาพที่ชัดเจนและชัดเจนได้ห้าภาพพร้อมกัน โดยทั่วไป นักดาราศาสตร์สามารถตรวจจับการจำลองได้สองหรือสี่รายการเมื่อการจัดตำแหน่งเชิงพื้นที่เป็นที่น่าพอใจ จุดสว่างที่ห้าให้ข้อมูลสำคัญเพิ่มเติมอีกชั้นหนึ่งซึ่งช่วยขจัดความไม่แน่นอนในการสร้างแบบจำลองการกระจายสสารมืดของดาราจักรเลนส์

หอดูดาวเตรียมแคตตาล็อกที่ไม่เคยมีมาก่อนในอีกไม่กี่เดือนข้างหน้า

การวิเคราะห์ทั้งหมดของ SN Winny คาดว่าจะครอบคลุมช่วงส่วนใหญ่ของปี 2569 โดยต้องมีการตรวจสอบจากผู้ทรงคุณวุฒิอย่างเข้มงวดก่อนที่จะเผยแพร่ผลลัพธ์ขั้นสุดท้าย นักวิจัยจำเป็นต้องแน่ใจว่าไม่มีตัวแปรที่ซ่อนอยู่ เช่น เมฆฝุ่นระหว่างดาว ที่มีอิทธิพลต่อเวลาที่แสงมาถึง หากการวัดยืนยันความคาดหวังเบื้องต้น ฟิสิกส์เชิงทฤษฎีอาจละทิ้งแบบจำลองเก่าๆ และรับความเข้าใจใหม่เกี่ยวกับพฤติกรรมของพลังงานมืด พลังงานมืดทำหน้าที่เป็นพลังลึกลับที่ทำหน้าที่เร่งการแยกกาแลคซีออกจากกันในวงกว้าง

ความสำเร็จอย่างท่วมท้นของการสังเกตการณ์โดดเดี่ยวนี้ผลักดันให้ชุมชนวิทยาศาสตร์แสวงหาเป้าหมายใหม่ในห้วงอวกาศที่คล้ายกันอย่างแข็งขัน หอดูดาวเวรา ซี. รูบิน ซึ่งติดตั้งเทคโนโลยีการสแกนที่ล้ำสมัย มีความสามารถในการสร้างแผนที่ท้องฟ้าด้วยความเร็วที่ไม่เคยมีมาก่อนในประวัติศาสตร์ดาราศาสตร์ ความคาดหวังโดยทั่วไปคือศูนย์ดาราศาสตร์แห่งใหม่จะสามารถระบุซูเปอร์โนวากระจกหลายสิบแห่งได้ภายในไม่กี่ปีข้างหน้าของการดำเนินงาน การสร้างรายการเหตุการณ์จักรวาลที่กว้างขวางเหล่านี้จะช่วยให้เราสามารถจัดทำแผนที่วิวัฒนาการของจักรวาลได้อย่างชัดเจนตั้งแต่เริ่มต้นจนถึงยุคร่วมสมัย