หนึ่งในข้อเท็จจริงของคำว่าวิทยาศาสตร์ คือ วิทยาศาสตร์สามารถเปลี่ยนแปลงได้เสมอ แน่นอนว่าหลักการวิทยาศาสตร์ต่าง ๆ ที่เราใช้กันอยู่ทุกวันนี้เรียกได้ว่าเปลี่ยนแล้วเปลี่ยนอีกจนนับครั้งไม่ถ้วนแล้วและสิ่งเดียวกันกำลังจะเกิดขึ้นกับทฤษฎีการมีอยู่ของสสารมืดซึ่งเป็นแบบจำลองทฤษฎีเพื่ออธิบายการกระจายตัวของสสารมืดใน Galaxy Clusters และเอกภพ นักดาราศาสตร์พบว่าข้อมูลที่สำรวจได้จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลเมื่อวิเคราะห์แล้ว มันดันไม่เป็นไปตามแบบจำลองทฤษฏีที่เราคาดว่ามันจะเป็น
สสารมืด หรือ Dark matter เป็นชื่อเรียกของสสารที่เราไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ไม่ดูดซับแสง ไม่สะท้อนแสง และไม่แผ่รังสี สิ่งเดียวที่มันมีคือแรงโน้มถ่วง สสารมืดมีแรงโน้มถ่วงแต่การจะวัดแรงโน้มถ่วงสสารมืดก็ต้องอาศัยสสารสว่างช่วยในการวัดเพราะเราไม่รู้ว่าแรงโน้มถ่วงอันไหนเป็นของสสารมืดกันแน่
วิธีที่นักดาราศาสตร์ใช้ในการตรวจจับสสารมืดวิธีเดียวในตอนนี้เรียกว่า Gravitational Lensing Effect หรือ เลนส์ความโน้มถ่วงซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่อ้างอิงทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ระบุว่าโฟตอน (แสง) จากแหล่งใด ๆ ก็ตามเมื่อเดินทางผ่านพื้นที่ที่มีแรงโน้มถ่วงสูงซึ่งเป็นพื้นที่ที่ Spacetime grid บิดเบี้ยว โฟตอนเหล่านั้นก็จะเดินทางตามแนวเส้น Spacetime grid และถูก Distort ไปด้วยเมื่อมองจากมุมมองบุคคลที่สาม (ในที่นี้ก็คือโลก) ซึ่งพื้นที่ที่มีแรงโน้มถ่วงสูงอาจจะเป็นดาวเคราะห์ ดาวฤกษ์ กาแล็กซี หรือกระจุกกาแล็กซีก็ได้ และก็เป็นสสารมืดได้เช่นกัน
กล้องโทรทรรศน์อวกาศที่ออกแบบมาสำหรับการสังเกตการณ์ปรากฏการณ์ Gravitational Microlensing โดยเฉพาะอย่าง Nancy Grace Roman Space Telescope (RST) หรือ WFIRST ก็กำลังจะถูกปล่อยขึ้นสู่วงโคจร Lagrange Point 2 ภายในปี 2025 นี้ โดยมีจุดประสงค์เพื่อค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบ (Exoplanet) และศึกษาพฤติกรรมของสสารมืดด้วยการสำรวจ Gravitational Microlensing
ทีมนักดาราศาสตร์ได้ปล่อยเปเปอร์งานวิจัยขึ้นวารสาร Science เมื่อวันที่ 11 กันยายน 2020 ซึ่งอธิบายการสังเกตการณ์ Gravitational Microlensing เพื่อหาค่าความเข้มข้นของสสารมืดในกระจุกกาแล็กซีด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลและข้อมูลจาก Very Large Telescope (VLT) ของ ESO และพบว่าเกิดการบิดเบี้ยวของแสงพื้นหลัง (Light distortion) มากกว่าที่มันควรจะเป็นถึง 10 เท่า
โดยปกติกระจุกกาแล็กซีเป็นโครงสร้างที่ใหญ่ที่สุดในเอกภพ ประกอบไปด้วยกาแล็กซีเป็นจำนวนมากและยังเป็นแหล่งที่คาดว่าจะมีสสารมืดผสมอยู่เป็นจำนวนมากเช่นกัน โดยการที่กาแล็กซีรวมเป็นกลุ่มเป็นก้อนกันได้นั้นอาจจะเป็นเพราะว่ามีสสารมืดคอยดึงไว้ เพราะฉะนั้นสสารมืดที่ว่าจะต้องกระจายอยู่เท่า ๆ กันในแต่ละส่วนของกระจุกกาแล็กซีจึงเกิดเป็นโมเดลทฤษฎีขึ้นมาซึ่งเมื่อใช้กับกาแล็กซีอื่นมันก็ดูปกติดีจนกระทั่งเมื่อเอามาเปรียบเทียบกับการสำรวจครั้งนี้ ผลกลับต่างออกไป
การสำรวจครั้งนี้เป็นการสำรวจกระจุกกาแล็กซี MACS J1206.2-0847, MACS J0416.1-2403 และ Abe S1063 ด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลและ VLT ซึ่งเป็นกล้องขนาดใหญ่ที่มีความคมชัดสูงข้อมูลจากทั้งสองกล้องจะช่วยให้นักดาราศาสตร์สามารถระบุตำแหน่งของกาแล็กซีพื้นหลังได้แม่นยำขึ้นและทำให้การวัดการบิดเบี้ยวของแสงแม่นยำขึ้น
อ้างอิงจากงานวิจัย An excess of small-scale gravitational lenses observed in galaxy clusters ภาพของกระจุกกาแล็กซีทั้ง 3 ที่ถ่ายออกมาได้นั้นผิดแปลกไปจากที่คาดคะเนไว้เป็นอย่างมาก นักดาราศาสตร์พบว่าเกิดเส้นโค้งเอียงของแสงและการบิดเบี้ยวของแสงพื้นหลังจากกลุ่มกระจุกกาแล็กซีซึ่งอยู่พื้นหลังอย่างรุนแรง บ่งชี้ว่าในพื้นที่นั้นอาจมีความหนาแน่นของสสารมืดมากกว่าปกติ
จากภาพของกระจุกกาแล็กซี MACS J1206 จะเห็นการบิดเบี้ยวของภาพพื้นหลังในภาพที่ขยายขึ้นทั้งสามภาพ ในภาพมุมขวาบนและข้างล่างแสดงให้เห็นถึงแสงที่ถูก Distort รอบ ๆ กาแล็กซีเป็นแสงสีฟ้า ๆซึ่งเกิดจาก Gravitational microlensing ส่วนภาพมุมซ้ายบน กลุ่มแสงสีแดงคือกลุ่มของเมฆไฮโดรเจนซึ่งจริง ๆ แล้วมีแค่ก้อนเดียว แต่ที่เห็นแยกกันเป็นสีก้อนนั้นเป็นเพราะว่าถูกกาแล็กซีที่อยู่ข้างหน้า Distort แสงด้วย Microlensing ทำให้เมื่อมองจากโลกรูปร่างมันก็จะแปลก ๆ
และเมื่อนำผลการสำรวจที่ได้ไปเปรียบเทียบกับการจำลองทางคอมพิวเตอร์กลับพบว่าสสารมืดที่ว่าไม่เป็นไปตามโมเดลทฤษฎีที่มีอยู่โดยทีมนักวิจัยและนักดาราศาสตร์พยายามปรับค่า Parameters เพื่อที่จะหาว่าผลการสำรวจดังกล่าวต้องใช้ค่าตัวแปรอย่างไรจึงจะทำให้ผลการสำรวจสอดคล้องกับทฤษฎีแต่ก็ยังไม่สามารถทำได้ นั่นหมายความว่าโมเดลทฤษฎีที่เรามีอยู่ตอนนี้ยังคลาดเคลื่อนและขาดตัวแปรใดตัวแปรหนึ่งไปจึงทำให้ผลการสำรวจของจริงกับการจำลองไม่สอดคล้องกัน
จึงทำให้นักดาราศาสตร์เชื่อว่าทฤษฎีของสสารมืดในปัจจุบันยังไม่สมบูรณ์และยังขาดอีกหลายตัวแปร และความหวังต่อไปของการแก้ปัญหาสสารมืดก็คงตกอยู่กับกล้องโทรทรรศน์อวกาศอย่าง Nancy Grace Roman Space Telescope ซึ่งจะช่วยให้เราสามารถสำรวจกาแล็กซีที่อยู่ไกลได้ละเอียดขึ้นรวมถึงการวิเคราะห์โมเดลจำลองของทฤษฎีสสารมืดในอนาคต
เรียบเรียงโดย ทีมงาน SPACETH.CO
อ้างอิง
Hubble Observations Suggest a Missing Ingredient in Dark Matter Theories
Research Paper Citation
An excess of small-scale gravitational lenses observed in galaxy clusters
