จักรวาลยังขยายตัวเร็วขึ้นอยู่หรือไม่? ศึกงานวิจัย Yonsei–Southampton ว่าด้วยซูเปอร์โนวา

ข้อพิพาทระหว่างมหาวิทยาลัย Yonsei กับมหาวิทยาลัย Southampton แตะคำถามสำคัญของจักรวาลวิทยา: จักรวาลยังขยายตัวด้วยอัตราที่เพิ่มขึ้นอยู่หรือไม่ หรือสิ่งที่ดูเหมือนการเร่งตัวนั้นส่วนหนึ่งเกิดจากความเอนเอียงเชิงระบบในการวัดซูเปอร์โนวาประเภท Ia?

คำตอบยังไม่เป็นที่ยุติ ทีม Yonsei เชื่อว่าอายุของดาวที่นำไปสู่การระเบิดมีผลต่อความสว่างของซูเปอร์โนวา แม้ผ่านการปรับแก้มาตรฐานแล้ว ขณะที่ทีม Southampton ซึ่งมีผู้ได้รับรางวัลโนเบลอย่าง Adam Riess และ Brian Schmidt ร่วมอยู่ด้วย มองว่าผลกระทบดังกล่าวถูกประเมินสูงเกินไป และการขยายตัวแบบเร่งยังเป็นคำอธิบายที่ดีที่สุดของข้อมูลในปัจจุบัน 813

จุดเริ่มต้น: ข้อเสนอของ Yonsei ในปี 2025

นักดาราศาสตร์ใช้ซูเปอร์โนวาประเภท Ia เป็น “เทียนมาตรฐาน” หรือวัตถุที่มีความสว่างแท้จริงซึ่งสามารถคาดคะเนได้ จากนั้นจึงเปรียบเทียบความสว่างที่สังเกตได้กับค่าที่คาดไว้เพื่อคำนวณระยะทางในจักรวาล

แต่หากความสว่างของซูเปอร์โนวาเปลี่ยนแปลงอย่างเป็นระบบตามอายุของประชากรดาว การเปรียบเทียบดังกล่าวอาจทำให้ประวัติการขยายตัวของจักรวาลคลาดเคลื่อนได้

งานวิจัยของ Yonsei ที่เผยแพร่ในเดือนพฤศจิกายน 2025 รายงานความสัมพันธ์อย่างมีนัยสำคัญระหว่างความสว่างของซูเปอร์โนวาหลังการปรับแก้ กับอายุของดาวในกาแล็กซีเจ้าบ้าน ทีมวิจัยคำนวณว่าอายุของประชากรดาวเปลี่ยนไปตามค่าเรดชิฟต์ และทำให้ระยะทางที่อนุมานจากซูเปอร์โนวามีความคลาดเคลื่อนเชิงระบบอย่างมาก

เมื่อปรับแก้ผลกระทบดังกล่าว ทีม Yonsei ไม่พบหลักฐานที่น่าเชื่อถือว่าจักรวาลกำลังเร่งตัวในยุคปัจจุบัน และเสนอว่าจักรวาลอาจเข้าสู่ช่วงที่การขยายตัวเริ่มชะลอลงแล้ว

หากผลนี้ได้รับการยืนยัน ผลกระทบจะใหญ่หลวงต่อแบบจำลอง ΛCDM ซึ่งเป็นกรอบมาตรฐานของจักรวาลวิทยา ในแบบจำลองนี้ ค่าคงที่จักรวาลวิทยา Λ หรือรูปแบบที่เรียบง่ายที่สุดของ “พลังงานมืด” เป็นตัวขับการขยายตัวแบบเร่ง การเปลี่ยนเข้าสู่การขยายตัวแบบชะลอจึงอาจหมายถึงพลังงานมืดกำลังเปลี่ยนแปลงหรืออ่อนกำลังลง หรือจำเป็นต้องทบทวนทั้งการตีความซูเปอร์โนวาและทฤษฎีแรงโน้มถ่วง

Southampton โต้แย้งอย่างไร

ทีม Southampton คัดค้านแกนหลักของการวิเคราะห์ Yonsei อยู่ 2 ประเด็น

1. อายุของกาแล็กซีไม่เท่ากับอายุของดาวต้นกำเนิด

Yonsei ใช้อายุของประชากรดาวในกาแล็กซีเจ้าบ้านเป็นตัวแทนของอายุของดาวหรือดาวแคระขาวที่ระเบิดเป็นซูเปอร์โนวา แต่ Southampton ชี้ว่าตัวแปรทั้งสองไม่ใช่สิ่งเดียวกัน เพราะกาแล็กซีหนึ่งแห่งประกอบด้วยดาวที่มีอายุต่างกันมาก อายุเฉลี่ยของกาแล็กซีจึงไม่ได้ระบุโดยตรงว่าดาวต้นกำเนิดของซูเปอร์โนวาดวงนั้นมีอายุเท่าใด 18

ด้วยเหตุนี้ การที่อายุเฉลี่ยของกาแล็กซีเปลี่ยนไปตามเรดชิฟต์ จึงไม่ได้หมายความว่าอายุของดาวต้นกำเนิดซูเปอร์โนวาจะเปลี่ยนไปในอัตราเดียวกัน

2. การแก้ไขตามมวลของกาแล็กซี

Southampton ยังระบุว่า การวิเคราะห์ของ Yonsei ไม่ได้รวมการแก้ไขมาตรฐานตามมวลของกาแล็กซีเจ้าบ้าน หรือที่เรียกว่า “mass step” ซึ่งใช้ในงานวิเคราะห์ซูเปอร์โนวาสมัยใหม่ เนื่องจากความสว่างของการระเบิดเชื่อมโยงกับคุณสมบัติของสภาพแวดล้อม และคุณสมบัติเหล่านั้นก็สัมพันธ์กับอายุของดาวด้วย

เมื่อ Southampton นำการแก้ไขนี้ไปใช้กับข้อมูลชุดเดียวกัน ความสัมพันธ์ระหว่างอายุของกาแล็กซีกับ “ค่าคลาดเหลือของฮับเบิล” อ่อนลงอย่างมาก ค่าคลาดเหลือนี้หมายถึงความแตกต่างระหว่างความสว่างที่วัดได้กับความสว่างที่คาดไว้หลังการปรับมาตรฐาน

บทสรุปของ Southampton คือ การแก้ไขตามอายุเพียงอย่างเดียวไม่มากพอที่จะลบหลักฐานว่าจักรวาลกำลังขยายตัวแบบเร่ง

Yonsei โต้กลับ: การวิเคราะห์อาจทำให้ความสัมพันธ์แบนลงเกินจริง

Yonsei ไม่เห็นว่าคำตอบของ Southampton จะยุติประเด็นนี้ได้ ในการวิเคราะห์ฉบับใหม่ ทีมระบุว่า Southampton นำซูเปอร์โนวามารวมกันในช่วงเรดชิฟต์ที่กว้างเกินไป ประมาณ z = 0.04 ถึง z = 0.42

ตลอดช่วงดังกล่าว อายุเฉลี่ยของกาแล็กซีเจ้าบ้านเปลี่ยนแปลงราว 3 พันล้านปี ตามข้อโต้แย้งของ Yonsei การนำวัตถุที่มีอายุต่างกันมากมารวมกันก่อนทำการวิเคราะห์ถดถอย อาจทำให้ความสัมพันธ์ระหว่างอายุกับความสว่างดูแบนลงกว่าความเป็นจริง 2

ทีม Yonsei ยังเห็นว่า Southampton แยกตัวแปร 2 ชนิดที่มีความเชื่อมโยงกันออกจากกันมากเกินไป ได้แก่

• ความชันของความสัมพันธ์ระหว่างอายุกับความสว่าง
• ปริมาณการเปลี่ยนแปลงของอายุของดาวต้นกำเนิดตามเรดชิฟต์

แม้การเปลี่ยนแปลงของอายุดาวต้นกำเนิดจะน้อยกว่าการเปลี่ยนแปลงของอายุเฉลี่ยทั้งกาแล็กซี แต่หากความชันระหว่างอายุกับความสว่างมีค่ามากกว่าเดิม ผลรวมของการแก้ไขก็ยังอาจมีนัยสำคัญได้ Yonsei ยังตั้งคำถามว่าการจัดการผลกระทบจากมวลและฝุ่นในงานโต้แย้งของ Southampton อาจกดสัญญาณตามอายุให้เล็กลงเกินจริงหรือไม่ 35

แก่นของข้อพิพาทอยู่ที่สถิติ ไม่ใช่แค่ “เร่ง” กับ “ชะลอ”

ความขัดแย้งนี้ไม่ได้เป็นเพียงการเลือกว่าจักรวาลกำลังเร่งตัวหรือชะลอตัว แต่เป็นข้อถกเถียงว่าข้อมูลซูเปอร์โนวาได้รับการปรับแก้ความแตกต่างด้านประชากรดาวและสภาพแวดล้อมอย่างเพียงพอแล้วหรือยัง

Southampton เห็นว่า:

• อายุของกาแล็กซีไม่ควรถูกใช้แทนอายุของดาวต้นกำเนิดโดยตรง
• การแก้ไขตามมวลของกาแล็กซีช่วยดูดซับความสัมพันธ์ตามอายุไปมากแล้ว
• ผลกระทบที่เหลือมีขนาดเล็กเกินกว่าจะเปลี่ยนข้อสรุปทางจักรวาลวิทยา

ส่วน Yonsei เห็นว่า:

• การใช้อายุของกาแล็กซีเป็นตัวแทนยังมีเหตุผล เพราะอายุเชื่อมโยงกับประชากรดาวที่ก่อให้เกิดซูเปอร์โนวา
• การวิเคราะห์ในช่วงเรดชิฟต์ที่กว้างทำให้ประเมินความชันระหว่างอายุกับความสว่างต่ำเกินไป
• การแก้ไขตามอายุอาจยังมีขนาดใหญ่ แม้การเปลี่ยนแปลงของอายุดาวต้นกำเนิดจะน้อยกว่าการเปลี่ยนแปลงของอายุเฉลี่ยกาแล็กซี 2

จนกว่าจะมีการวิเคราะห์ตัวอย่างที่ใหญ่ขึ้น เป็นอิสระ และมีความสม่ำเสมอมากกว่าเดิม ยังไม่มีฝ่ายใดเปลี่ยนข้อถกเถียงนี้ให้กลายเป็นการล้มล้างจักรวาลวิทยามาตรฐานอย่างเด็ดขาด

ข้อมูล DESI บอกอะไร

ผลจาก Dark Energy Spectroscopic Instrument หรือ DESI ช่วยเพิ่มบริบทสำคัญ แต่ยังไม่สามารถตัดสินข้อพิพาทนี้ได้ด้วยตัวเอง DESI ใช้การวัดการสั่นพ้องของแบริออน หรือ BAO เพื่อทำแผนที่ความสัมพันธ์ระหว่างระยะทางกับเรดชิฟต์ด้วยวิธีที่แตกต่างจากการใช้ซูเปอร์โนวา

การวิเคราะห์บางชุดที่รวมข้อมูล DESI เข้ากับพื้นหลังไมโครเวฟของจักรวาล หรือ CMB และข้อมูลซูเปอร์โนวา พบว่ามีความชอบเชิงสถิติต่อแบบจำลองที่พลังงานมืดเปลี่ยนแปลงตามเวลา ในการรวมข้อมูล DESI กับ CMB ชุดหนึ่ง ความชอบเหนือแบบจำลอง ΛCDM อยู่ที่ระดับ 3.1 ซิกมา ขณะที่การเพิ่มตัวอย่างซูเปอร์โนวาต่างชุดกันทำให้ระดับนัยสำคัญเปลี่ยนไปตามชุดข้อมูล

อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่หลักฐานอิสระว่าจักรวาลกำลังชะลอตัวในปัจจุบัน BAO ช่วยจำกัดประวัติของระยะทางในจักรวาล แต่การแปลผลไปสู่ข้อสรุปว่าพลังงานมืดกำลังเปลี่ยนแปลงยังขึ้นอยู่กับแบบจำลองและการเลือกชุดข้อมูลที่นำมารวมกัน งานวิเคราะห์ใหม่บางส่วนจึงอธิบายความชอบดังกล่าวว่าอยู่ในระดับอ่อนหรือยังไม่มีข้อสรุป ขณะที่บางงานไม่พบข้อได้เปรียบทางสถิติที่ชัดเจนเหนือ ΛCDM 17

การทดลองใดอาจช่วยตัดสินข้อพิพาท

การทดสอบที่ชัดเจนวิธีหนึ่งคือ เปรียบเทียบซูเปอร์โนวาที่เกิดในกาแล็กซีซึ่งมีอายุของประชากรดาวใกล้เคียงกันมาก แต่มีเรดชิฟต์ต่างกัน วิธีนี้จะลดความจำเป็นในการใช้การแก้ไขตามอายุที่ตั้งอยู่บนสมมติฐานทางทฤษฎีขนาดใหญ่

ข้อมูลที่จะมีความสำคัญ ได้แก่:

• ตัวอย่างซูเปอร์โนวาที่ใหญ่ขึ้นและคัดเลือกด้วยเกณฑ์เดียวกัน
• การวัดทางสเปกโทรสโกปีของกาแล็กซีเจ้าบ้าน
• การแยกอายุของประชากรดาวทั้งหมดออกจากอายุของดาวต้นกำเนิดจริงให้ดีขึ้น
• การตรวจสอบอย่างอิสระถึงผลของมวล ฝุ่น และสภาพแวดล้อมเฉพาะที่
• ข้อมูลใหม่จากโครงการขนาดใหญ่อย่าง Vera C. Rubin Observatory และกล้องโทรทรรศน์อวกาศ Nancy Grace Roman

สรุปสถานการณ์ในวันนี้

ข้อสรุปที่ระมัดระวังที่สุดคือ การขยายตัวแบบเร่งยังคงเป็นคำอธิบายที่ได้รับการยอมรับในวงกว้าง ข้อพิพาทใหม่มุ่งไปที่ความน่าเชื่อถือของการปรับแก้ซูเปอร์โนวาประเภท Ia สำหรับอายุและสภาพแวดล้อมของดาวมากกว่า

Southampton เห็นว่าการแก้ไขของ Yonsei มีขนาดใหญ่เกินไป ขณะที่ Yonsei โต้ว่า Southampton ประเมินความชันตามอายุต่ำเกินไป และไม่ได้คำนึงถึงความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ระหว่างความชันดังกล่าวกับการเปลี่ยนแปลงของอายุดาวต้นกำเนิดอย่างถูกต้อง 18

ขณะเดียวกัน ข้อมูล DESI ยังเปิดความเป็นไปได้ว่าพลังงานมืดอาจไม่ใช่ค่าคงที่อย่างสมบูรณ์ แต่ความเป็นไปได้นี้ยังห่างไกลจากการพิสูจน์ว่าจักรวาลได้เปลี่ยนจากการขยายตัวแบบเร่งเป็นแบบชะลอตัวแล้ว คำตอบจะขึ้นอยู่กับการวัดซูเปอร์โนวาที่แม่นยำขึ้น และการทดสอบจักรวาลวิทยาจากแหล่งข้อมูลที่เป็นอิสระต่อกัน