Wednesday, 28 February 2024

สสารมืด ปริศนาแห่งจักรวาล

07 Apr 2023
291

สสารมืด

ในจักรวาลอันกว้างใหญ่ยังคงมีปริศนาอีกมากมายที่เรายังไม่สามารถหาคำตอบได้ และในวันนี้ akatommychong ก็จะพาทุกคนไปรู้จักกับอีกหนึ่งปริศนาแห่งจักรวาลที่ยังไม่ได้รับการขยายคำตอบนั้นก็คือ เรื่องราวของ สสารมืด สสารที่เรามองไม่เห็น แต่รู้แค่ว่ามันมีอยู่ในจักรวาล เรื่องราวจะเป็นอย่างไรไปหาคำตอบกันได้เลย

สสารมืด คืออะไร

คำถามนี้ก็ยังคงไม่ได้รับคำตอบ ถึงแม้ว่ามันจะดูเหมือนว่าเป็นคำถามที่ตอบง่ายที่สุดก็ตาม เพราะนอกจากที่เรารู้แค่ว่าสสารมืดหรือ Dark Matter คืออนุภาคใหม่ที่ไม่มีปฏิสัมพันธ์ใดๆกับสสารปกติอื่นๆ หรือกับแสง ไม่ได้มีองค์ประกอบ หรือมีรูปแบบที่เหมือนกับดาวเคราะห์ทั่วไป และไม่ใช่เมฆมืด หรือเกิดมาจากสสารปกติ เนื่องจากเมฆมืดจะมีคุณสมบัติดูดกลืนรังสีแกรมม่า ทำให้ตอนนี้เรารู้แค่ว่าสสารมืดนั้น ไม่ใช่ปฏิสสารอย่างแน่นอน เนื่องจากนักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถตรวจจับรังสีแกมมาในสสารมืดได้

และแม้แต่นักฟิสิกส์ระดับหัวกะทิก็ยังคงทราบแค่ว่า สสารมืดนั้นมีแรงโน้มถ่วงที่ส่งผลและช่วยประคองโครงสร้างของกาแล็กซีและเอกภพและอนุภาคที่เป็นของสสารมืดว่าน่าจะอยู่ในช่วงระหว่าง 1-1000 เท่าของโปรตอน ไม่มีปฏิกิริยาใดๆต่อแสง และมีปฏิกิริยาตอบสนองกับสสารทั่วไปน้อยมาก จึงมีการตั้งชื่ออนุภาคของสสารมืดว่า Weakly Interacting Massive Particlr หรือ WIMP แต่สสารมืดคืออะไร ประกอบขึ้นมาจากอะไร มีอนุภาคอะไรเป็นส่วนประกอบ มีคุณสมบัติอย่างไร และโครงสร้างเป็นยังไง คำตอบของคำถามนี้ก็ยังคงเป็นปริศนามาจนถึงปัจจุบัน

สสารมืด

เราสามารถตรวจจับ สสารมืด ได้หรือไม่?

เนื่องจากสสารมืดนั้นเป็นพลังงานที่ไม่มีการทำปฏิกิริยากับแสงหรือสสารอื่นๆเลย นอกจากแรงโน้มถ่วงที่เป็นแรงกำลังที่อ่อนที่สุดในจักรวาล ทำให้นักฟิสิกส์ยังคงสามารถตรวจจับสสารมืดได้ จากการสังเกตความเร็วของการหมุนของแกแล็กซี่ที่ผิดแปลกไปจากทฤษฎีแรงโน้มถ่วงปกติ นั้นก็คือว่าเมื่อบริเวณขอบของกาแลกซีต่างๆ เริ่มแสดงถึงอัตราการหมุนที่เร็วเกินกว่าที่แรงโน้มถ่วงจากสสาร ที่สามารถมองเห็นได้จะดึงดูดเอาไว้ได้ นักฟิสิกส์จึงเชื่อว่านั่นคือสสารมืดที่ส่งแรงโน้มถ่วงบางอย่างมาดึงดูดมวลสารในกาแลคซี่เอาไว้ ส่งผลให้มีการเกาะกลุ่มกันของมวลสารในกาแล็กซี และมีการหมุนที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วที่บริเวณขอบกาแล็กซี่

และนอกจากเหตุการณ์ที่กล่าวมา ก็ยังมีอีกหลายเหตุการณ์ที่ช่วยให้นักฟิสิกส์ยิ่งเชื่อถึงการมีอยู่ของสสารมืดและเพื่อการตรวจสอบสสารมืดโดยเฉพาะ จึงได้มีการสร้างอุปกรณ์การทดลองที่ชื่อว่า XENON1T ขึ้นที่บริเวณใต้ดินในหุบเขา Gran Sasso National Laboratory ในประเทศอิตาลี เพื่อตรวจจับสสารมืดในอวกาศโดยเฉพาะ ซึ่งเครื่อง XENON1T ได้เริ่มทำงานตั้งแต่เดือนพฤษภาคมในปี 2017 แต่ทีมนักวิจัยก็ยังไม่สามารถตรวจจับสัญญาณใดๆที่บ่งบอกถึงปฏิกิริยาของอนุภาค WIMP ของสสารมืดได้เลย จนเมื่อช่วงต้นปี 2018 โครงการ PandaX-4T ของประเทศจีน ที่ตั้งขึ้นเพื่อตรวจจับอนุภาค wimp ของสสารมืดโดยเฉพาะ สามารถตรวจจับอนุภาคบางอย่างได้

แต่อนุภาคที่ตรวจจับได้นั้นมีขนาดเล็กกว่าอนุภาคของสสารมืดมาก ทำให้จนปัจจุบันก็ยังไม่มีการยืนยันว่าอนุภาคที่โครงการแพนด้าเอ็กซ์โฟทีตรวจจับได้นั้นใช่อนุภาคของสสารมืดจริงหรือไม่ และก็ยังไม่มีรายงานการตรวจจับอนุภาคของสสารมืดได้จากโครงการไหนอีก ทำให้เราเองก็ยังไม่แน่ใจนว่าสสารมืดนั้นเป็นสิ่งที่สามารถตรวจจับได้จริงหรือไม่

สสารมืด

ส่วนประกอบใน สสารมืด นั้นคาดว่าน่าจะมีอะไรบ้าง?

เมื่อปี 2018 ทีมนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยฮาร์เวิร์ด ได้มีการนำเสนอรายงานผลการวิจัยออกมา โดยในรายงานได้กล่าวว่า บางส่วนของอนุภาคของสสารมืด อาจมีประจุไฟฟ้าอยู่ในตัวเอง ซึ่งประจุไฟฟ้าดังกล่าว ส่งผลให้สสารมืดสามารถมีปฏิกิริยากับสสารทั่วไปได้ โดยผ่านทางแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่ถูกปล่อยออกมาจากประจุไฟฟ้านั่นเอง และในเดือนกุมภาพันธ์ในปีเดียวกัน ทีมนักดาราศาสตร์ก็ได้มีการตรวจพบสัญญาณ ซึ่งเป็นสัญญาณที่ยากจะตรวจจับได้ เพราะสัญญานั้นถูกตรวจจับในกลุ่มก๊าซไฮโดรเจนที่หลงเหลือจากเหตุการณ์การเกิดบิ๊กแบงเมื่อ 180 ล้านปีก่อน ที่มีความยาวคลื่นถึง 21 เซนติเมตร

ถัดมา อันเดร คลาส นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยฮาร์เวิร์ด ก็ได้ออกมากล่าวว่า ตอนนี้เรายังไม่มีหลักฐานที่มากพอที่จะสรุปว่าสสารมืดทั้งหมดในจักรวาลนั้นมีอนุภาคเพียงอนุภาคเดียวเป็นส่วนประกอบ เพราะสสารมืดนั้นอาจประกอบไปด้วยอนุภาคโปรตอน นิวตริโน มิวออน พรีออน และอิเล็กตรอน เช่นเดียวกับสถานอื่นๆในจักรวาล แต่ทั้งนี้ทั้งนั้นที่กล่าวมาทั้งหมดนั้นก็ยังคงเป็นการตั้งสมมติฐานของเหล่านักดาราศาสตร์ เพราะในความจริงสสารมืดนั้นก็ยังคงเป็นปริศนาที่จนถึงตอนนี้ก็ยังไม่สามารถให้คำตอบที่แท้จริงได้ ว่าแท้ที่จริงแล้วในสสารมืดนั้นประกอบไปด้วยอนุภาคอะไรบ้าง

สสารมืด

สสารมืดมีคุณสมบัติอย่างไรบ้าง?

เมื่อปี 1993 Fritz Zwicky นักฟิสิกส์ผู้เสนอสมมติฐานเรื่องการมีอยู่ของสสารมืดขึ้นมาได้เป็นคนแรก ได้ทำการศึกษาเรื่องของการเคลื่อนที่ของกาแล็กซีบริเวณขอบของกระจุกกาแล็กซี และเขาก็ได้พบว่ากระจุกกาแล็กซีนั้นมีแรงโน้มถ่วงจากสสารที่มองไม่เห็นที่มีมวลและแรงโน้มถ่วงมากพอที่จะดึงดูดให้แกแล็กซีอยู่รวมกันเป็นกระจุกได้ และผลจากการศึกษาของ Zwicky ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์และนักดาราศาสตร์ในปัจจุบันสามารถเข้าใจได้ว่า ทำไมดาวฤกษ์และกาแล็กซีที่อยู่ใกล้จุดศูนย์กลางของกระจุกกาแล็กซี จึงสามารถเคลื่อนที่ได้โดยใช้ความเร็วพอๆกัน

และทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถสรุปได้ว่า สสารมืดนั้นมีบทบาทในการสร้างแรงโน้มถ่วงที่รวบรวมดวงดาวต่างๆเข้าไว้ด้วยกัน และช่วยให้อยู่ติดกันเป็นกลุ่มก้อน รวมทั้งทำหน้าที่ยึดโยงโครงสร้างขนาดใหญ่ที่เรียกว่าเส้นใยจักรวาล หรือ Cosmic Web ที่เป็นโครงสร้างที่ดวงดาวถูกเชื่อมต่อเข้าด้วยกันเป็นโครงข่ายที่มีรูปร่างคล้ายหยากไย่ นอกจากนี้นักดาราศาสตร์ยังมีการคาดการณ์ว่าสสารมืดนั้นน่าจะมีปริมาณมากถึง 85% ของสสารทั้งหมดในเอกภพ แต่ก็ยังไม่มีการค้นพบคุณสมบัติอื่นๆของสสารมืด นอกจากการเชื่อมโยงดวงดาวต่างๆเข้าด้วยกัน

สสารมืด

สสารมืดมีอยู่ทุกกาแล็คซี่หรือไม่?

เมื่อเดือนมีนาคมปี 2018 ทีมนักดาราศาสตร์ได้ค้นพบกาแล็กซี ที่แทบจะไม่มีสสารมืดประกอบอยู่เลยโดย galaxy นั้นมีชื่อว่าNGC 1052-DF2 กาแลคซี่นี้มีขนาดใหญ่เท่ากับทางช้างเผือก แต่กลับมีจำนวนดาวฤกษ์เพียง 1 ใน 200 เท่านั้น ทำให้ถึงแม้ว่า galaxy นี้จะเป็นกาแล็กซีขนาดใหญ่แต่เพราะมีจำนวนดาวฤกษ์น้อย กาแล็กซี่นี้เลยค่อนข้างมืดสลัว ทำให้นักดาราศาสตร์จึงจัดกาแลคซี่ NGC 1052-DF2 นี้ให้เป็น galaxy ที่กระจัดกระจายมาก หลังจากนั้นทีมนักวิจัยได้ทำการสำรวจเพิ่มเติมและพบว่ากาแล็กซีนี้ไม่ได้รับอิทธิพลใดๆจากกาแล็กซีอื่นและ galaxy นี้สามารถระบุที่ตั้งและระยะห่างจากโลกได้อย่างแม่นยำ

และจากการสำรวจทีมนักวิจัยก็พบว่ากลุ่มดาวฤกษ์ในกาแล็กซีนี้มีความเร็วในการเดินทางค่อนข้างต่ำ ในขณะที่ดาวและกระจุกดาวทั่วไปที่บริเวณขอบนอกของแกแล็กซี่ที่มีสสารมืดเป็นส่วนประกอบนั้น จะมีความเร็วในการเดินทางมากกว่าอย่างน้อยถึง 3 เท่า จากข้อมูลนี้ทำให้นักวิจัยทราบว่า จากการคำนวณมวลของกาแล็กซีนี้พบว่า ส่วนของกาแล็กซีนั้นใกล้เคียงกับมวลของดวงดาวทั้งหมดในแกแล็กซี่ ที่สามารถตรวจวัดได้ร่วมกัน นั่นหมายความว่าแกแล็กซี่นี้ไม่มีที่ว่างพอให้สสารมืดแล้ว จึงสามารถสรุปได้ว่าไม่ใช่ทุกกาแล็กซีที่จะมีสสารมืดเป็นส่วนประกอบ

ถัดมาในเดือนมีนาคมปี 2019 ทีมนักวิจัยทีมเดียวกันก็ยังได้ตีพิมพ์ผลการศึกษาออกมาอีก 2 เรื่อง นั่นก็คือเอกสารยืนยันว่าแกแล็กซี่ NGC 1052-DF2 นั้นไม่มีสสารมืดเป็นส่วนประกอบ และอีกเอกสารหนึ่งก็คือเอกสารเรื่องการศึกษาแกแล็คซี่ NGC 1052-DF4 และยืนยันว่า ไม่มีการพบสสารมืดในแกแลคซี่นั้นด้วยเช่นกัน ทำให้นักวิทยาศาสตร์ตั้งข้อสงสัยว่า แกแล็กซี่ที่ไม่มีสสารมืดเป็นส่วนประกอบนั้น จะมีการทำงานแบบไหน เมื่อไม่มีสสารมืดคอยยึดเหนี่ยวดวงดาวเข้าไว้ด้วยกัน แล้วนั้นก็คืออีกหนึ่งปริศนาที่รอวันที่จะไขคำตอบ

สนับสนุนโดย :: casino5g