นักวิทย์พบวิธีส่อง ‘สสารมืด’ ได้ผลลัพธ์เกินคาด นำมาสู่ปริศนาใหม่!

นักวิจัยคาดการณ์ว่า จะพบซับฮาโลจำนวนไม่มากนัก แต่ที่สังเกตเห็นได้กลับมีจำนวนมากแตกต่างอย่างเห็นได้ชัด และการจะอธิบายความแตกต่างนี้จึงไม่ใช่เรื่องที่ง่าย ปริยามวาดา นาทาราจัน (Priyamvada Natarajan) จากมหาวิทยาลัยเยล หนึ่งในทีมวิจัยกล่าวว่า สำหรับเธอแล้ว การพบ ‘ช่องว่าง’ หรือความเหลื่อมล้ำของการคาดการณ์และการสังเกต ซึ่งเป็นปัจจัยเพียงประการเดียวจาก 10 เรื่องที่ควรจะเหมือนกันในกรณีนี้ ก็เป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้นมากแล้ว

ภาพจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลนี้แสดงกระจุกกาแล็กซีขนาดใหญ่ MACSJ 1206
กรอบสี่เหลี่ยมที่ใส่เข้าไปช่วยเน้นให้เห็น ‘เลนส์ขนาดเล็ก’ สามอัน
Credit: NASA / ESA / G. Caminha (Univ. of Groningen) / M. Meneghetti (Observatory of Astrophysics and Space Science of Bologna) / P. Natarajan (Yale) / CLASH team.

ขณะที่นักวิจัยอื่นที่ไม่ได้มีส่วนร่วมในงานนี้ อย่าง แฟรงค์ แวน เดน บอสช์ (Frank van den Bosch) ซึ่งมาจากมหาวิทยาลัยเยลเช่นกัน ยังกล่าวภายหลังการอ่านบทความงานวิจัยชิ้นนี้ว่าเป็น ‘การค้นพบหรือวิธีการใหม่ที่เป็นไปได้’ (Potentially groundbreaking)

“ผู้เขียนงานวิจัยนี้ระบุถึงปัจจัยต่าง ๆ ที่ส่งผลถึงผลลัพธ์อย่างชัดเจนมาก และผมเห็นด้วยกับพวกเขาที่ว่าไม่มีเงื่อนไขใดเลยที่จะอธิบายความแตกต่างอย่างมโหฬารนี้ได้ และเพราะผลลัพธ์เช่นนี้ก็น่าจะทำให้เกิดการศึกษาก้อนสสารมืด ทั้งในแง่ของจำนวน โครงสร้าง และคุณลักษณะอื่นๆ อย่างลึกซึ้งตามมาอีกหลายงานวิจัยเลยทีเดียว” บอสช์กล่าว

ความแตกต่างของดาวบริวารที่หายไป และการศึกษาในอนาคต

นับเป็นเรื่องบังเอิญที่ ‘ปัญหา’ สสารมืดที่เมเนกเฮตติและคณะค้นพบนั้น ตรงกันข้ามกับปัญหาเก่าในทศวรรษก่อนพอดิบพอดี นั่นก็คือ ‘ปัญหาดาวบริวารที่หายไป’

ก่อนหน้านี้ แบบจำลองเอกภพได้จำลองเฉพาะพฤติกรรมของสสารมืด เนื่องจากเป็นสิ่งที่ครอบคลุมความโน้มถ่วงของเอกภพอย่างโดดเด่น ทว่าแบบจำลองเหล่านั้นคาดการณ์ว่า กาแล็กซีอย่างทางช้างเผือกควรมีดาวบริวารมากกว่านี้ แม้กล้องโทรทรรศน์จะได้รับการพัฒนาและนักดาราศาสตร์ค้นพบกาแล็กซีแคระอันเจือจางเพิ่มเติมอีกหลายแห่ง แต่ก็ยังไม่เพียงพอที่จะ ‘กลบ’ ความแตกต่างของจำนวนได้ จนกระทั่งนักวิทยาศาสตร์เริ่มนำเรื่องปกติสามัญอื่น ๆ อาทิ ผลพวงที่รุนแรงจากการระเบิดซูเปอร์โนวา แรงเหวี่ยงของหลุมดำ เข้ามาในคำนวณแบบจำลองนี้ด้วย จึงได้ผลลัพธ์ที่ตรงกันในที่สุด

ตรงกันข้ามกับ ‘ดาวบริวารที่หายไป’ กลายเป็นว่า ซับฮาโลที่นับได้ในตอนนี้ดันมากกว่าจำนวนที่คาดเดาไว้ นอกจากนี้ ทั้งสองเรื่องนี้เป็นปัญหาในระดับหรือสเกลที่ต่างกันอย่างสิ้นเชิง อย่างในกรณีหลังนี้เราพูดถึงกระจุกกาแล็กซีแทนที่จะเป็นกาแล็กซี และพูดถึงซับฮาโลอันใหญ่ แทนที่จะหมายถึงซับฮาโลขนาดย่อม 

“ปัญหาดาวบริวารที่หายไปนี้มีความเกี่ยวข้องกับซับฮาโล แต่เป็นซับฮาโลที่มีมวลขนาดเล็กในกาแล็กซี ขณะที่เรากำลังสอดส่องมองลงไปที่ส่วนที่มีการกระจายตัวของซับฮาโลในมวลสูงสุด” เมเนกเฮตติกล่าว

การเปรียบเทียบนี้ช่วยชี้ให้เห็นว่า แม้จะเป็นการค้นพบที่ทำให้เกิดปัญหาใหม่ แต่มันก็อาจช่วยให้เราเรียนรู้เกี่ยวกับสสารมืดเพิ่มเติมได้ เมเนกเฮตติอธิบายเพิ่มเติมว่า ยังมีปัจจัยอีกมากที่มีความเกี่ยวข้องกับการก่อตัวและวิวัฒนาการของกาแล็กซีภายในกระจุกกาแล็กซี ซึ่งมีบริบทของสสารมืดอื่น ๆ ที่ยังสำรวจไปไม่ถึงเข้ามาเกี่ยวข้อง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ปฏิสัมพันธ์ระหว่างสสารธรรมดาและสสารมืด

สำหรับตอนนี้ แม้จะยังไม่นับรวมการสำรวจสสารมืด นักวิทยาศาสตร์ก็มีงานศึกษาวิเคราะห์กระจุกกาแล็กซีอีกมากที่ต้องทำ และในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า โครงการทั้งหลายที่กำลังพัฒนาอยู่ อาทิ กล้องโทรทรรศน์อวกาศยุคลิดในภารกิจยุคลิดขององค์การอวกาศยุโรป (European Space Agency’s Euclid mission) หอสังเกตการณ์เวราซีรูบิน (Vera C. Rubin Observatory) ที่มีภารกิจหลักคือการสำรวจทางดาราศาสตร์ และกล้องโทรทรรศน์อวกาศโรมันแนนซีเกรซ (Nancy Grace Roman Space Telescope) ซึ่งเป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศอินฟราเรดตัวใหม่ของนาซา น่าจะมอบโอกาสครั้งใหญ่ ให้นักวิทยาศาสตร์ได้ตรวจสอบโครงสร้างสสารมืดของกระจุกกาแล็กซีอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน

แบบจำลองของกล้องโทรทรรศน์อวกาศยุคลิด ที่จะใช้สำหรับการศึกษาพลังงานมืดและสสารมืดโดยเฉพาะ

“การสังเกตการณ์ด้วยอุปกรณ์และภารกิจเหล่านั้นจะกลายเป็นเหมืองทองคำสำหรับเราอย่างแน่นอน!” เมเนกเฮตติกล่าวทิ้งท้าย

อ้างอิง

พิสูจน์อักษร : สุชยา เกษจำรัส