นักวิทยาศาสตร์เฝ้ามองและสังเกตกาแล็กซีทั้งหลายด้วยความฉงนสงสัยตลอดมา โดยเฉพาะกาแล็กซีที่มีรูปร่างแบบกังหัน ว่าเพราะเหตุใดดวงดาวที่อยู่ไกลจนสุดขอบแขนกังหัน กับดวงดาวที่อยู่ใกล้ใจกลางกาแล็กซี ถึงได้มีความเร็วในการโคจรไปรอบกาแล็กซีแทบไม่แตกต่างกันเลย

เพราะหากเรามองการหมุนรอบตัวเองของกาแล็กซีตามกฎของเคปเลอร์ข้อที่ 3 หรือกฎฮาร์มอนิก (p2/a³= k) เราจะพบว่า หากมวลส่วนใหญ่ของกาแล็กซีไปกองรวมกันอยู่ที่บริเวณใจกลางแล้ว ความเร็วที่ปลายแขนของกาแล็กซีควรจะช้ากว่าบริเวณใกล้ใจกลางจึงจะสอดคล้องกับกฎนี้

ลักษณะประหลาดแบบนี้เกิดกับกาแล็กซีกังหันหลายแห่งในการวิเคราะห์ เช่น NGC 4378, NGC 3145, NGC 1620 หรือ NGC 7664 และแม้แต่กาแล็กซีทางช้างเผือกที่พวกเราอาศัยอยู่ก็มีลักษณะดังที่กล่าวมาด้วย (ตามกราฟด้านบน)

นักวิทยาศาสตร์ต่างหาเหตุผลมาอธิบายความแปลกประหลาดที่พบนี้ และหนึ่งในทฤษฎีที่ได้รับการยอมรับมากที่สุดคือ น่าจะมีสสารจำนวนมากแทรกตัวอยู่ทั่วกาแล็กซี คอยยืดโยงวัตถุต่างๆ เอาไว้ แต่สสารดังกล่าวไม่ใช่ธาตุที่เรารู้จัก มันไม่ปรากฏให้เห็น และตรวจวัดไม่ได้ไม่ว่าจะใช้วิธีใดก็ตาม สสารนี้จึงได้รับชื่อเรียกตามลักษณะของมันว่า ‘สสารมืด’ (Dark Matter)

หลังจากทฤษฎีสสารมืดถือกำเนิดขึ้น เหล่านักวิทยาศาสตร์ต่างระดมสมองและวิธีการทั้งหมดทั้งมวลเพื่อพิสูจน์ว่าสสารลึกลับนี้มีอยู่จริง เช่น การสร้างเครื่องตรวจจับใต้ภูเขา การใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุภาคพื้นดินขนาดใหญ่ หรือการใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศมุมกว้างที่สร้างขึ้นเพื่อค้นหาสสารมืดโดยเฉพาะ ฯลฯ แต่ก็ยังไม่สามารถตรวจจับสสารมืดได้ แม้กระนั้น สสารมืดก็ยังคงแสดงตัวให้เรารู้ว่ามันมีอยู่จริงผ่านการคำนวณทางแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ เช่น แบบจำลองแลมบ์ดา-ซีดีเอ็ม (Λ-CDM) ที่ระบุออกมาว่า ในจักรวาลมีสสารปกติอยู่เพียง 5% แต่มีสสารมืดอยู่มากกว่าถึง 5 เท่า นั่นคือ 26.8% ที่เหลือนอกจากนั้นเป็นพลังงานมืด

ล่าสุดทีมวิจัยจากสถาบัน MIT นำโดย เอลบา อลอนโซ-มอนซัลเว (Elba Alonso-Monsalve) และ ศ.เดวิด ไอ. ไกเซอร์ (David I. Kaiser) เปิดเผยแนวคิดใหม่ที่มีความเป็นไปได้สูงว่า แท้จริงแล้วเหตุผลที่เราหาสสารมืดไม่พบ ก็เพราะมันคือหลุมดำขนาดซูเปอร์จิ๋วที่ก่อตัวขึ้นตั้งแต่ช่วงเวลาเพียงหนึ่งในล้านล้านล้านวินาทีแรก (Quintillionth) หลังเหตุการณ์บิ๊กแบงที่ให้กำเนิดจักรวาลนั่นเอง

หลุมดำโดยทั่วไปที่เรารู้จักในทุกวันนี้คือหลุมดำขนาดใหญ่ที่เกิดจากการยุบตัวของดวงดาว หรือไม่ก็เป็นหลุมดำมวลยิ่งยวดที่พบได้ตามใจกลางกาแล็กซีต่างๆ แต่หลุมดำในงานวิจัยของเอลบากลับมีขนาดเล็กเท่าอะตอมเท่านั้น

สสารโดยทั่วไปที่เรารู้จักทุกวันนี้ เช่น ร่างกายของเรา โทรศัพท์มือถือ เสื้อผ้า อากาศ น้ำ ล้วนแล้วแต่ประกอบขึ้นด้วยโมเลกุล โมเลกุลประกอบด้วยอะตอม และอะตอมประกอบด้วยอิเล็กตรอนและนิวเคลียส

ตัวของอิเล็กตรอนนั้นเป็นอนุภาคมูลฐาน หมายถึงแยกย่อยต่อไปไม่ได้แล้ว ส่วนนิวเคลียสซึ่งมี 2 อนุภาคอยู่ร่วมกันอันได้แก่โปรตอนและนิวตรอน ยังสามารถแยกย่อยลงไปได้อีก นั่นคือทั้งโปรตอนและนิวตรอนสามารถแยกได้เป็นอนุภาคมูลฐานที่เรียกว่าควาร์กและกลูออนตามภาพด้านบน

กลูออนเป็นอนุภาคมูลฐานที่มีรูปร่างคล้ายสปริงตามภาพด้านบน ทำหน้าที่ยึดเหนี่ยวอนุภาคมูลฐานควาร์กจำนวน 3 อนุภาคเข้าด้วยกัน ควาร์กจะมีคุณสมบัติหนึ่งคือ ‘สี’

โดยนักวิทยาศาสตร์กำหนดสีของควาร์กออกตามแม่สี 3 สี ได้แก่ สีแดง สีเขียว สีน้ำเงิน เพื่อให้สามารถรวมกันเป็น ‘สีขาว’ หลังเชื่อมต่อกันเป็นโปรตอนหรือนิวตรอน นอกจากนี้ยังมีควาร์กที่มีค่าประจุเป็นลบ หรือ ‘ปฏิควาร์ก’ กำหนดให้มีสีอีก 3 สี ได้แก่ สีเหลือง สีฟ้าไซแอน และสีบานเย็นมาเจนต้า รวมกันแล้วได้เป็นสีดำ ซึ่งอยู่ตรงข้ามกับควาร์กประจุบวกพอดี

แม้ว่าควาร์กและกลูออนในทุกวันนี้ไม่อาจดำรงสภาพเป็นอนุภาคเดียวโดดๆ ได้ แต่ควาร์กในสมัยก่อกำเนิดจักรวาลไม่เป็นเช่นนั้น

หลังเหตุการณ์บิ๊กแบงใหม่ๆ จักรวาลมีอุณหภูมิสูงยิ่งยวด ทำให้อนุภาคมูลฐานอย่างควาร์กสามารถดำรงสภาพเป็นอนุภาคอิสระเคลื่อนที่ไปมาได้ ควาร์กสมัยปฐมกาลนี้เองที่ยุบรวมกันกลายเป็นหลุมดำซูเปอร์จิ๋วที่มีมวลพอๆ กับดาวเคราะห์น้อย แต่กลับมีขนาดเล็กเท่าอะตอม

ทีมงานของเอลบาคาดว่าหากหลุมดำสมัยปฐมกาลเหล่านี้มีจำนวนมากเพียงพอที่จะไม่สลายไปในช่วงหลังบิ๊กแบง กล่าวคือหากยังคงอยู่มาจนถึงทุกวันนี้ หลุมดำเหล่านี้ซึ่งตัวมันคือ ‘มวลที่มองไม่เห็น’ ก็อาจกลายมาเป็นสสารมืดที่เรากำลังค้นหามันอยู่ก็เป็นได้

ระหว่างการก่อตัวของหลุมดำซูเปอร์จิ๋วนี้ ยังมีการก่อตัวตามมาของหลุมดำที่เล็กยิ่งกว่านั้นเป็นผลพลอยได้ หลุมดำขนาดเล็กมากนี้มีมวลเท่า ‘แรด’ หนึ่งตัว แต่มีขนาดเล็กเท่าโปรตอนเท่านั้น และมันยังคงคุณสมบัติของ ‘สี’ รวมทั้งประจุของควาร์กเอาไว้

ทีมงานคาดว่าหลังจากจักรวาลเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วเพื่อให้กำเนิดนิวเคลียสของอะตอม คุณสมบัติของหลุมดำสีขนาดเล็กเท่าโปรตอนนี้ อาจยังฝากร่องรอยเอาไว้ในนิวเคลียสก็เป็นได้ และหากเป็นอย่างนั้นจริงนักวิทยาศาสตร์อาจตรวจพบร่องรอยนี้ได้ในอนาคต เพื่อเป็นหลักฐานยืนยันทฤษฎีนี้

ทีมงานตีพิมพ์ผลการศึกษาครั้งนี้ลงในวารสาร Journal ฉบับวันที่ 6 มิถุนายน 2024 

ภาพ: Artsiom P via Shutterstock

อ้างอิง:

• https://edition.cnn.com/2024/06/17/science/black-holes-dark-matter-scn/index.html
• https://news.mit.edu/2024/exotic-black-holes-could-be-dark-matter-byproduct-0606

The post นักวิทยาศาสตร์อาจไขปริศนาที่มาของสสารมืดได้แล้ว appeared first on THE STANDARD.

NASA เผยภาพชุดใหม่ของกาแล็กซีกังหัน 19 แห่ง ที่หันด้านหน้าเข้าหาโลก (Face-on Spiral Galaxy) จากข้อมูลล่าสุดของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์

นักดาราศาสตร์ศึกษากาแล็กซีประเภทนี้ด้วยข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์ต่างๆ เช่น กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล, กล้อง VLT (Very Large Telescope) และกล้อง ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ที่ครอบคลุมข้อมูลในช่วงคลื่นแสงที่ตามองเห็น, อัลตราไวโอเลต และคลื่นวิทยุ แต่ความละเอียดของอุปกรณ์​ NIRCam (อินฟราเรดใกล้) และ MIRI (อินฟราเรดกลาง) บนกล้องเจมส์ เว็บบ์ ช่วยทำให้ข้อมูลเหล่านี้ครบถ้วนมากยิ่งขึ้น

Janice Lee นักวิทยาศาสตร์ของ STScI ระบุว่า “ภาพถ่ายชุดใหม่จากกล้องเจมส์ เว็บบ์ นั้นน่าทึ่งมาก แม้กระทั่งกับนักวิจัยที่ศึกษากาแล็กซีเหล่านี้มานานหลายทศวรรษ เราได้เห็นรายละเอียดของฟองก๊าซและเส้นใยต่างๆ ในสเกลที่เล็กที่สุด ซึ่งช่วยบอกเล่าเรื่องราวเกี่ยวกับวัฏจักรการกำเนิดดาวฤกษ์ได้”

กาแล็กซี IC 5532 ที่อยู่ห่างไป 30 ล้านปีแสงจากโลก และกาแล็กซี NGC 1365 ที่อยู่ห่างโลก 56 ล้านปีแสง เป็นส่วนหนึ่งของ 19 ดาราจักรที่ได้รับการสำรวจโดยกล้องเจมส์ เว็บบ์ ซึ่งเผยให้เห็นรายละเอียดของฝุ่นก๊าซ เช่นเดียวกับการมองทะลุกลุ่มเมฆไปยังดาวฤกษ์อายุน้อย และดาวฤกษ์เก่าแก่จำนวนมากในดาราจักรเหล่านี้

ข้อมูลการสำรวจครั้งนี้เป็นส่วนหนึ่งของโครงการ PHANGS หรือ Physics at High Angular resolution in Nearby GalaxieS ที่ได้รับการสนับสนุนจากนักดาราศาสตร์ทั่วโลกมากกว่า 150 คน และได้เปิดเผยแคตตาล็อกกระจุกดาวฤกษ์มากกว่า 100,000 แห่งออกมาก่อนหน้านี้ เพื่อให้นักวิจัยสามารถนำข้อมูลดังกล่าวไปศึกษาเพิ่มเติมได้

ภาพ: NASA, ESA, CSA, STScI, PHANGS Team

อ้างอิง:

• https://webbtelescope.org/contents/news-releases/2024/news-2024-105.html

The post NASA เผยภาพ 19 กาแล็กซีกังหันสุดคมชัด จากข้อมูลล่าสุดกล้องเจมส์ เว็บบ์ appeared first on THE STANDARD.