จักรวาลกำลังขยายตัวในอัตราที่เพิ่มมากขึ้นเรื่อย ๆ และในขณะที่ไม่มีใครแน่ใจว่าเหตุใด นักวิจัยที่มีการสำรวจพลังงานมืด (DES) อย่างน้อยก็มีกลยุทธ์ในการคิดออก: พวกเขาจะรวมการวัดการกระจายของสสาร กาแลคซีและ กระจุกกาแลคซีเพื่อให้เข้าใจถึงสิ่งที่เกิดขึ้นได้ดีขึ้น

การบรรลุเป้าหมายนั้นค่อนข้างยุ่งยาก แต่ตอนนี้ทีมวิจัยที่นำโดยนักวิจัยจาก SLAC National Accelerator Laboratory ของ Department of Energy มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดและมหาวิทยาลัยแอริโซนาได้คิดค้นวิธีแก้ปัญหา การวิเคราะห์ของพวกเขาซึ่งตีพิมพ์เมื่อวันที่ 6 เมษายนในPhysical Review Lettersให้ผลการประมาณความหนาแน่นเฉลี่ยของสสารที่แม่นยำยิ่งขึ้น รวมถึงแนวโน้มที่จะรวมกลุ่มกัน ซึ่งเป็นพารามิเตอร์สำคัญ 2 ประการที่ช่วยให้นักฟิสิกส์สำรวจธรรมชาติของสสารมืดและพลังงานมืด ซึ่งเป็นสารลึกลับ ที่ประกอบขึ้นเป็นส่วนใหญ่ของจักรวาล

Chun-Hao To หัวหน้าผู้เขียนรายงานฉบับใหม่และนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาจาก SLAC และ Stanford ที่ทำงานร่วมกับ Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology กล่าวว่า "เป็นหนึ่งในข้อจำกัดที่ดีที่สุดจากชุดข้อมูลที่ดีที่สุดชุดหนึ่งจนถึงปัจจุบัน ริซ่า เวสเลอร์.

เป้าหมายในช่วงต้น

เมื่อ DES ออกเดินทางในปี 2013 เพื่อทำแผนที่หนึ่งในแปดของท้องฟ้า เป้าหมายคือการรวบรวมข้อมูลสี่ประเภท: ระยะทางไปยังซุปเปอร์โนวาบางประเภทหรือดาวระเบิด การกระจายของสสารในจักรวาล การกระจายตัวของดาราจักร และการกระจายตัวของกระจุกดาราจักร แต่ละคนบอกนักวิจัยบางอย่างเกี่ยวกับวิวัฒนาการของจักรวาลเมื่อเวลาผ่านไป

ตามหลักการแล้ว นักวิทยาศาสตร์จะรวมแหล่งข้อมูลทั้งสี่ไว้ด้วยกันเพื่อปรับปรุงการประมาณการ แต่ก็มีอุปสรรค: การกระจายตัวของสสาร ดาราจักร และกระจุกดาราจักรล้วนสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิด หากนักวิจัยไม่คำนึงถึงความสัมพันธ์เหล่านี้ พวกเขาจะจบลงด้วยการ "นับซ้ำ" โดยให้น้ำหนักกับข้อมูลบางอย่างมากเกินไปและไม่เพียงพอสำหรับข้อมูลอื่น To กล่าว

เพื่อหลีกเลี่ยงการจัดการข้อมูลทั้งหมดนี้อย่างผิดพลาด To, นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ดาราศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยแอริโซนา Elisabeth Krause และเพื่อนร่วมงานได้พัฒนาโมเดลใหม่ที่สามารถอธิบายความเชื่อมโยงในการกระจายของปริมาณทั้งสามได้อย่างถูกต้อง: สสาร กาแลคซีและกระจุกกาแลคซี ในการทำเช่นนั้น พวกเขาสามารถสร้างการวิเคราะห์ครั้งแรกเพื่อรวมชุดข้อมูลที่แตกต่างกันทั้งหมดเหล่านี้อย่างเหมาะสม เพื่อเรียนรู้เกี่ยวกับสสารมืดและพลังงานมืด

การปรับปรุงประมาณการ

การเพิ่มโมเดลดังกล่าวในการวิเคราะห์ DES มีผลสองประการ กล่าวคือ ประการแรก การวัดการกระจายของสสาร ดาราจักร และกระจุกดาราจักรมีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดข้อผิดพลาดประเภทต่างๆ การรวมการวัดทั้งสามช่วยให้ระบุข้อผิดพลาดดังกล่าวได้ง่ายขึ้น ทำให้การวิเคราะห์มีประสิทธิภาพมากขึ้น ประการที่สอง การวัดทั้งสามแตกต่างกันในความอ่อนไหวต่อความหนาแน่นเฉลี่ยของสสารและความแน่นของสสาร ด้วยเหตุนี้ การรวมทั้งสามอย่างเข้าด้วยกันจึงสามารถปรับปรุงความแม่นยำซึ่ง DES สามารถวัดสสารมืดและพลังงานมืดได้

ในรายงานฉบับใหม่ To, Krause และเพื่อนร่วมงานได้ใช้วิธีการใหม่กับข้อมูล DES ในปีแรก และเพิ่มความแม่นยำของการประมาณการครั้งก่อนสำหรับความหนาแน่นและความคลุมเครือของสสาร

ตอนนี้ทีมสามารถรวมสสาร กาแล็กซี และกระจุกดาราจักรพร้อมกันในการวิเคราะห์ได้แล้ว การเพิ่มข้อมูลซูเปอร์โนวาจะค่อนข้างตรงไปตรงมา เนื่องจากข้อมูลประเภทนั้นไม่สัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิดกับอีกสามข้อมูลที่เหลือ To กล่าว

"ขั้นตอนต่อไปในทันที" เขากล่าว "คือการใช้เครื่องจักรกับข้อมูล DES Year 3 ซึ่งมีพื้นที่ครอบคลุมมากขึ้นสามเท่าของท้องฟ้า" สิ่งนี้ไม่ง่ายอย่างที่คิด: แม้ว่าแนวคิดพื้นฐานจะเหมือนกัน แต่ข้อมูลใหม่จะต้องใช้ความพยายามเพิ่มเติมในการปรับปรุงแบบจำลองเพื่อให้ทันกับคุณภาพที่สูงขึ้นของข้อมูลใหม่ To กล่าว

“การวิเคราะห์นี้น่าตื่นเต้นจริงๆ” Wechsler กล่าว "ฉันคาดหวังว่ามันจะสร้างมาตรฐานใหม่ในวิธีที่เราสามารถวิเคราะห์ข้อมูลและเรียนรู้เกี่ยวกับพลังงานมืดจากการสำรวจขนาดใหญ่ ไม่เพียงแต่สำหรับ DES แต่ยังตั้งตารอข้อมูลที่น่าทึ่งที่เราจะได้รับจากการสำรวจมรดกของหอดูดาว Vera Rubin ของอวกาศและเวลาในอีกไม่กี่ปี”