คุณรู้จักสสารมืดหรือไม่

9

สิ่งที่เป็นปริศนาให้เหล่านักวิทยาศาสตร์ฟิสิกส์ รวมไปถึงเหล่าบรรดาผู้หลงใหลเรื่องราวเกี่ยวกับจักรวาล ดวงดาว และอวกาศได้ครุ่นคิดมีอยู่มากมาย หนึ่งในนั้นหนีไม่พ้นปริศนาเกี่ยวกับสสารมืด (Dark Matter) หรือสสารที่ไม่เคยพบเห็นหรือสัมผัสได้ แต่มีความคิดความเชื่อมั่นว่ามีอยู่จริง

7857 1

ภาพ Coma Cluster
ที่มา http://apod.nasa.gov/apod/ap020203.html

นักดาราศาสตร์ต่างให้ความเห็นร่วมกันว่า สสารที่เรารู้จักกันคิดเป็นแค่ประมาณ 4 % เท่านั้น ฟริตซ์ ชวิกกี (Fritz Zwicky) นักดาราศาสตร์ชาวสวิส ผู้ค้นพบและเปิดประเด็นเกี่ยวกับเรื่องของ กาฬสสารหรือพลังงานมืด (dark matter) ที่ซ่อนอยู่ในเอกภพ

ในท้องจักรวาลขนาดใหญ่ ที่เต็มไปด้วยกระจุกกาแล็กซี่หรือเรียกอีกชื่อว่ากระจุกดาราจักรอยู่เต็มไปหมด ทำให้จุดสังเกตของเรื่องนี้เริ่มต้นต้นที่กระจุกกาแล็กซี่โคมา กาแล็กซี่ที่มีระยะห่างพอที่จะศึกษาการเคลื่อนที่ของดวงดาวสมาชิกในกระจุกได้ ความสงสัยที่ว่าการศึกษาการเคลื่อนที่ของสมาชิกในกระจุกนี้ และห้วงอวกาศเป็นห้วงแห่งความว่างเปล่าและไร้สุญญากาศ ดวงดาวสมาชิกแต่ละดวงนั้นโคจรเร็วกว่าที่ควรจะเป็นมาก หากมวลรวมของกระจุกกาแล็กซี่โคมามีอยู่เพียงเท่ากับมวลของกาแล็กซี่ทั้งหมดรวมกันแล้ว ดาวแต่ละดวงโคจรด้วยความเร็วเท่าที่วัดได้ ดาวสมาชิกของโคมาก็จะพุ่งไปคนละทิศคนละทางอย่างแน่นนอน แต่ทำไมกระจุกกาแล็กซี่เหล่านั้นทรงตัวอยู่ได้ ไม่แตกตัวออกจากกัน หรือมี “มวลที่มองไม่เห็น” ดึงดูดดาวในกาแล็กซี่นั้นเข้าไว้ด้วยกัน แต่ถึงอย่างไร เรื่องดังกล่าวก็ยังมีหลักฐานไม่ชัดแจ้งนั้นเกี่ยวกับความสงสัยนี้

จนกระทั่ง 40 ปี ต่อมา มีการค้นพบหลักฐานเกี่ยวกับเรื่องนี้อีกครั้ง จากการศึกษากาแล็กซี่กังหันใกล้ ๆ หลายกาแล็กซี่ ซึ่งพบว่าหากมวลส่วนใหญ่ของกาแล็กซี่อยู่ตรงกลางของกาแล็กซี่ ความเร็วการหมุนรอบตัวเองของแต่ละส่วนของกังหัน ก็จะลดลงตามระยะห่างจากศูนย์กลางกาแล็กซี่ เช่น กาแล็กซี่ทางช้างเผือก กาแล็กซี่ที่มีระบบสุริยะและโลกของเราอยู่ มวลส่วนใหญ่อยู่ที่ดวงอาทิตย์ ความเร็วที่ดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์ก็จะลดหลั่นไปตามระยะห่างจากดวงอาทิตย์ ดาวพุธโคจรเร็วกว่าโลก โลกโคจรเร็วกว่าดาวอังคาร เป็นต้น

7857 2

ภาพที่ 2 กาแล็กซี NGC 7664
ที่มา http://www.lesa.biz/astronomy/universe/dark-matter

แตกต่างจากการศึกษากาแล็กซี่กังหัน NGC 4378, NGC 3145, NGC 1620 และ NGC 7664 (ภาพที่ 2) ที่ว่า ความเร็วในวงโครจรภายในแขนกังหันไม่ว่าจะใกล้หรือไกลจากจุดศูนย์กลางของดาราจักร ไม่แตกต่างกันมากนัก (คงที่) แสดงให้เห็นว่ามีมวลที่มองไม่เห็นหรือสสารมืดโอบอุ้มแขนกังหันนั้นไว้

เริ่มมีการศึกษาวิจัยอย่างมากมายเพื่อหาคำตอบชี้ชัดเกี่ยวกับเรื่องนี้ ปรากฏการณ์เลนส์แรงโน้มถ่วง (Gravitational Lensing) รอบกระจุก เป็นอีกปรากฏการณ์หนึ่ง ที่แสดงให้เห็นว่า สสารมืดมีอยู่จริง และภูมิอวกาศของจักรวาลมีความโค้ง แสงจึงเดินทางเป็นเส้นโค้ง เพราะกาแล็กซี่มวลมากที่สามารถเบี่ยงเบนทิศทางการเดินทางของแสงจากกาแล็กซี่ที่อยู่ไกลออกไปให้รวมกันมายังผู้สังเกตได้เหมือนเลนส์นูนรวมแสง ยิ่งกระจุกกาแล็กซี่มีมวลมากก็ยิ่งเบนทิศทางของแสงได้มาก

อย่างไรก็ตามเรื่องสสารมือยังเป็นที่น่าขบขันของการปะทะกันในที่ประชุมวิชาการระหว่างนักดาราศาสตร์ 2 ฝ่ายที่ต่างมีความคิดเห็นไม่เหมือนกันคือ ฝ่ายหนึ่งคิดว่าสสารมืดน่าจะมีจริง และน่าจะอยู่ในรูปของ “อนุภาคมูลฐานขนาดใหญ่ที่ไม่ค่อยสุงสิงกับใคร” (Weakly interacting massive particles หรือ WIMP) กับอีกฝ่ายที่กล่าวว่าความเร็วในการหมุนรอบตัวของกาแล็กซี่ที่คงที่นั้นไม่ได้เดินทางจากสสารมืดแต่เกิดจากกฏนิวตัน ซึ่งต้องติดตามกันต่อไปว่าจะมีใครมาไขปริศนานี้ได้อย่างไม่มีข้อกังขาหรือไม่

เราชอบที่จะฟังมุมมองของคุณเกี่ยวกับเรื่องนี้