ในที่สุดเราก็ได้รู้สักทีว่า ‘จักรวาลห้วงลึก’ นั้นมืดแค่ไหน ทีมวิจัยของยานอวกาศ ‘นิวฮอไรซันส์’ ของนาซาได้ทำการวัดแสงพื้นหลังโดยตรงทั้งหมดด้วยความแม่นยำที่สุดเท่าที่เคยมีมา

เป็นเวลามากกว่า 18 ปีแล้วที่ยานอวกาศนิวฮอไรซันส์ (New Horizon) ของนาซา (NASA) ได้เดินทางออกสู่จักรวาลที่แสนไกลโดยไปถึงพลูโต ซึ่งอยู่ห่างจากโลกกว่า 7.3 พันล้านกิโลเมตร เมื่อ 9 ปีที่แล้ว

ในตอนนี้ยานอยู่ในบริเวณสุดขอบระบบสุริยะ ณ จุดที่ห่างจากดวงอาทิตย์มากพอที่จะมองเห็นจักรวาลอันมืดมิดที่สุดเท่าที่กล้องโทรทรรศน์ใด ๆ เคยมองเห็นมา และนั่นทำให้นักวิทยาศาสตร์สนใจที่จะวัดความสว่างโดยรวมของ ‘จักรวาลห้วงลึก’ (Deep Space) ที่ว่ามันมืดนั้นมืดแค่ไหน

“หากคุณยกมือขึ้นในอวกาศลึก จักรวาลจะส่องแสงไปที่มือของคุณมากเพียงใด” มาร์ค โพสต์แมน (Marc Postman) นักดาราศาสตร์ที่สถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศ และผู้เขียนบทความใหม่ที่เพิ่งเผยแพร่บนวารสาร The Astrophysical Journal กล่าว

“ตอนนี้เราทราบแล้วว่าอวกาศนั้นมืดแค่ไหน ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่าแสงที่มองเห็นได้ส่วนใหญ่ที่เราได้รับจากจักรวาลนั้นเกิดขึ้นในกาแล็กซี” เขาเสริม “ที่สำคัญ เรายังพบด้วยว่าไม่มีหลักฐานใด ๆ ที่บ่งชี้ว่ามีแหล่งกำเนิดแสงที่นักดาราศาสตร์ไม่รู้จักในปัจจุบัน สร้างแสงในระดับที่มีนัยสำคัญ”

จักรวาลอันมืดมิด

แม้ว่ามนุษย์จะมองเห็นอวกาศเป็นสีดำ แต่บรรดานักวิทยาศาสตร์เชื่อกันมาอย่างยาวนานแล้วว่าอวกาศนั้นไม่ได้มืดสนิท เนื่องจากนับตั้งแต่บิ๊กแบง เอกภพของเราก็เต็มไปด้วยกาแล็กซีนับล้านล้านแห่งซึ่งมีดาวฤกษ์นับไม่ถ้วนก่อตัวขึ้นและดับลงไป ทิ้งแสงจาง ๆ ไว้ข้างหลัง

แล้วจักรวาลนั้นมืดแค่ไหน (แบบจริง ๆ)? คำถามนี้สร้างความสับสนวุ่นวายให้กับนักดาราศาสตร์มาตั้งแต่ทศวรรษท 1960 เมื่อนักดาราศาสตร์ อาร์โน เพนเซียส (Arno Penzias) และ โรเบิร์ต วิลสัน (Robert Wilson) ค้นพบว่าอวกาศของเราเต็มไปด้วยรังสีไมโครเวฟที่มีความเข้มข้นสูง

คาดการณ์กันว่านั่นเป็นรังสีที่หลงเหลือมาจากการสร้างจักรวาล (ทั้งคู่ได้รับรางวัลโนเบลจากการค้นพบนี้) ไม่เพียงเท่านั้นนักวิทยาศาสตร์คนอื่น ๆ ก็พบหลักฐานของรังสีประเภทอื่น ๆ เช่นรังสีเอ็กซ์ รังสีแกมมา และรังสีอินฟราเรดที่เติมเต็มท้องฟ้า แต่ไม่มีใครสักคนเดียวที่จะระบุระดับ ‘แสงที่มองเห็นได้’ เลย

“ผู้คนพยายามวัดปริมาณแสงโดยตรงมาหลายครั้งแล้ว” ท็อต เลาเออร์ (Tod Lauer) นักดาราศาสตร์ในโครงการนิวฮอไรซันส์จากศูนย์วิทยาศาสตร์แห่งชาติ และหนึ่งในทีมวิจัยกล่าว “แต่ในระบบสุริยะของเรามีแสงแดดมากเกินไปและฝุ่นที่สะท้อนจากนอกโลกก็มีมากเกินไป”

“ทำให้แสงกระจายไปทั่วจนกลายเป็นหมอกที่หนาทึบบดบังแสงจาก ๆ จากเอกภพที่อยู่ไกลออกไป ความพยามทั้งหมดในการวัดความเข้มข้นของ COB จากระบบสุริยะชั้นในนั้นเต็มไปด้วยความไม่แน่นอนอย่างมาก” เขาเสริม

การตรวจจับ ‘แสงที่มองเห็นได้’ จากทั้งจักรวาลนั้นถูกเรียกอย่างเป็นทางการว่า ‘พื้นหลังของแสงจักรวาล’ หรือ COB มันเป็นการรวมแสงทั้งหมดที่เกิดจากกาแล็กซีตลอดอายุขัยของเอกภพ และให้ข้อมูลทางจักรวาลวิทยามากมาย ซึ่งแม้แต่กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล และเจมส์ เวบบ์ ก็ยังไม่สามารถทำหน้าที่นี้ได้

เพื่อตรวจจับแสงที่อาจมาจากแหล่งอื่น ๆ ที่อาจมีอยู่นอกเหนือจากกาแล็กซีที่เรารู้จักเหล่านั้น รวมเข้ากับแสงที่มองเห็นได้ทั้งหมดเป็น COB นักวิทยาศาสตร์ต้องการวิธีใหม่

ต้องเป็นนิวฮอไรซันส์

ยานอวกาศนิวฮอไรซันส์ถูกปล่อยขึ้นจากโลกเมื่อวันที่ 19 มกราคมปี 2006 นับตั้งแต่นั้นมามันได้เดินทางไกลหลายพันล้านกิโลเมตรผ่านดาวเคราะห์และวัตถุต่าง ๆ ในระบบสุริยะเพื่อมุ่งลึกเข้าไปยังแถบไคเปอร์สถานที่ที่อยู่สุดขอบระบบดวงดาวของเรา

เมื่อปีที่แล้วยานนิวฮอไรซันส์ได้ใช้กล้องถ่ายภาพระยะไกล (LORRI) ของมันสแกนจักรวาลจากระยะทางที่ไกลกว่าโลกถึง 57 เท่า โดยทำการเก็บภาพแยกกันกว่า 20 ภาพ อุปกรณ์ดังกล่าวถูกออกแบบมาเพื่อกันแสงอาทิตย์ออกจากมุมมองอย่างตั้งใจ ทำให้แม้แต่แสงสลัวที่สุดของดาวฤกษ์ของเราก็ไม่สามารถส่องผ่านกล้องได้

ไม่เพียงเท่านั้นการวางตำแหน่งของมันยังอยู่ห่างจากดิสก์และแกนกลางของทางช้างเผือกที่สว่าง ทำให้ยานนิวฮอไรซันส์มีความสามารถพิเศษที่ไม่เหมือนใคร นั่นคือมันอยู่ในสถานที่ที่มืดที่สุด เมื่ออยู่ในตำแหน่งเหมาะสม ยานอวกาศก็พร้อมทำหน้าที่ของมันในการรวบรวมแสงพื้นหลังที่มองเห็นได้ทั้งหมด

“เราเป็นเหมือนนักบัญชีของจักรวาลที่รวมแหล่งกำเนิดแสงทุกแห่งที่เราสามารถอธิบายได้ในจักรวาล” ไมเคิล ชูลล์ (Michael Shull) นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยโคโลราโดโบลเดอร์ และผู้เขียนร่วม กล่าว

ด้วยการปรับแต่งและแก้ไขทุกอย่างเพื่อขจัดความแปรปรวนเกี่ยวกับระดับแสงออกไปให้หมด นักวิทยาศาสตร์ก็สามารถระบุ COB ได้อย่างแม่นยำจากทั้งดาวฤกษ์ที่อยู่พื้นหลังและแสงที่กระจัดกระจายโดยกลุ่มฝุ่นบาง ๆ พวกเขาก็คำนวณได้ว่าแสงพื้นหลังนั้นมีค่าประมาณ 11 นาโนวัตต์ต่อตารางเมตรต่อสเตอเรเดียน (steradian: พื้นที่ท้องฟ้ากว้างประมาณ 130 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางของดวงจันทร์)

เพื่อให้เห็นภาพ ชูลล์ ได้เปรียบเทียบว่าความสว่างดังกล่าวนั้นจางกว่าแสงอาทิตว์ที่ส่องถึงพื้นโลกประมาณ 100 พันล้านเท่า ซึ่งจางเกินกว่ามนุษย์จะมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า และที่สำคัญจำนวนนี้สอดคล้องกับจำนวนกาแล็กซีที่นักวิทยาศาสตร์คำนวณว่าน่าจะก่อตัวขึ้นหลังจากบิ๊กแบง

กล่าวอีกนัยก็คือ แสงทั้งหมดถูกสร้างจากสิ่งที่เรารู้จัก และดูเหมือนจะไม่มีวัตถุประหลาดเช่นอนุภาคแปลก ๆ หรืออะไรอื่น ๆ ทั้งสอดคล้องกันอย่างสมบูรณ์กับความเข้มข้นของแสงที่สร้างขึ้นโดยกาแล็กซีทั้งหมดในช่วง 12,600 ล้านปีที่ผ่านมา

“การตีความที่ง่ายที่สุดก็คือ COB เกิดจากกาแล็กซีทั้งหมด เมื่อมองออกไปนอกกาแล็กซี เราก็จะพบความมืดมิดอยู่ที่นั่นและไม่มีอะไรมากกว่านั้น” เลาเออร์ กล่าว

การวัดของทีมงานในครั้งนี้ถือเป็นการประมาณค่าแสงพื้นหลังของจักรวาลที่ดีที่สุดเท่าที่เคยมีมา อย่างไรก็ตามด้วยเทคโนโลยีที่กำลังพัฒนาขึ้นอย่างรวดเร็ว พวกเขาหวังว่าในอนาคตจะมีอุปกรณ์ที่แม่นยำกว่านี้เพื่อให้ข้อมูลที่ละเอียดและชัดเจน เนื่องจากทั้งหมดต่างก็มีผลต่อแนวคิดจักรวาลวิทยาในปัจจุบัน

“หากพวกเขาติดตั้งกล้องในภารกิจในอนาคต และเราทุกคนก็จะต้องรอประมาณ 2 ทศวรรษเพื่อให้กล้องดังกล่าวถูกส่งออกไป เมื่อนั้นเราก็อาจจะได้เห็นการวัดที่แม่นยำมากกว่านี้” ชูลล์ กล่าว

สืบค้นและเรียบเรียง วิทิต บรมพิชัยชาติกุล

ภาพประกอบ :  NASA on National Geographic

ที่มา

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ad5ffc

https://hubblesite.org/contents/news-releases/2024/news-2024-029.html

https://www.newscientist.com/article/2446386-we-finally-know-exactly-how-dark-deep-space-is/

อ่านเพิ่มเติม : ปรากฏการณ์ ‘เอลนีโญ’ทำประเทศนามิเบีย เผชิญภัยแล้งและความอดอยาก จนต้องฆ่าสัตว์ป่าเพื่อความอยู่รอด