ข่าวใหญ่ในฟิสิกส์ดาราศาสตร์ วงแหวนไอน์สไตน์ไขปริศนาสสารมืด
(เรียบเรียงโดย สัมโมทิก สวิชญาน)
ไม่นานนี้ ทีมนักฟิสิกส์วิเคราะห์ข้อมูลภาพถ่ายปรากฏการณ์ “วงแหวนไอน์สไตน์” แล้วพบว่า “สสารมืด” มีโอกาสที่จะเป็นอนุภาคแบบ “axion”(อ่านว่า ”แอกซิออน”) มากกว่าความเป็นไปได้แบบอื่นๆ ที่มีการสันนิษฐานกันกันเอาไว้
ทฤษฎีสำคัญประการหนึ่งเกี่ยวกับเอกภพของเราคือ มวลปริมาณมากของเอกภพเป็นสสารที่มองไม่เห็นและยังไม่สามารถหาเครื่องมือมาตรวจจับได้โดยตรง เรียกว่า “สสารมืด” (dark matter) แต่นักฟิสิกส์ก็รู้ว่ามวลส่วนนี้นั้นมีอยู่จริงแน่ๆ เพราะสังเกตจากการหมุนของกาแล็กซีหรือกระจุกกาแล็กซี แล้วพบว่ามวลส่วนที่มองเห็นได้นั้นได้รับอิทธิพลแรงโน้มถ่วงจากมวลที่มองไม่เห็น
ที่มา : Wikipedia
สสารทั่วไปประกอบขึ้นมาจากอนุภาคมูลฐาน อย่างเช่นตัวเราหรือสรรพสิ่งทุกอย่างที่เราจับต้องได้ ประกอบขึ้นมาจากอนุภาคมูลฐานอย่างเช่นควาร์กและอิเล็กตรอน สสารมืดนั้นก็ต้องประกอบขึ้นมาจากอนุภาคมูลฐานสักอย่างที่เรายังไม่รู้ว่าคืออะไร แต่นักฟิสิกส์ก็มีสมมุติฐานอยู่จำนวนหนึ่งว่ามันอาจเป็นอะไรได้บ้าง
หนึ่งในวิธีที่จะไปเช็กได้ว่าสมมุติฐานอันไหนถูก ก็คือ ไปดูว่ามีปรากฏการณ์ที่สอดคล้องว่าสสารมืดเป็นอนุภาคแบบไหน จากนั้นก็ไปหาวิธีสังเกตปรากฏการณ์ดังกล่าว แล้วรวบรวมข้อมูลมาวิเคราะห์เพื่อ “ตัดชอยส์” หรือจัดลำดับว่าสมมุติฐานอันไหนมีแววถูกมากถูกน้อย
หนึ่งในปรากฏการณ์ที่เอามาช่วย “ตัดชอยส์” สมมุติฐานเรื่องชนิดอนุภาคมูลฐานสสารมืดคือ “วงแหวนไอน์สไตน์”
ที่มา : Wikipedia
ความสามารถอย่างหนึ่งของ “มวล” คือ ทำให้เรขาคณิตของกาลอวกาศบิดเบี้ยว ยิ่งมวลเยอะ กาลอวกาศก็ยิ่งเบี้ยวเยอะ เมื่อแสงที่ปกติเดินทางเป็นเส้นตรง วิ่งผ่านบริเวณที่เรขาคณิตบิดเบี้ยว เราดูแล้วจะเห็นเหมือนกับว่าแสงเดินทางเป็นเส้นโค้ง ถ้าบริเวณที่แสงวิ่งผ่านมีวัตถุที่มีมวลมาก วัตถุนั้นก็จะทำตัวเหมือนเป็น “เลนส์” ที่ทำให้ภาพกาแล็กซีที่ส่องเห็นมีความบิดเบี้ยว หรือมีภาพซ้ำหลาย copy เป็นต้น
ถ้าตำแหน่งผู้สังเกตบนโลก เลนส์ และกาแล็กซีหลังเลนส์ เรียงกันแบบประจวบเหมาะ(ดั่งบุพเพสันนิวาส) ความเบี้ยวก็จะเบี้ยวเป็นวงแหวนรอบวัตถุที่ทำตัวเป็นเลนส์ เกิดเป็นปรากฏการณ์สวยงามที่นักฟิสิกส์ตั้งชื่อว่า “วงแหวนไอน์สไตน์”
วงแหวนไอน์สไตน์ที่มีรูปทรงคล้ายเกือกม้า ปรากฏขึ้นที่กาแล็กซี LRG 3-757 ที่มา : NASA
แต่ปรากฏการณ์นี้ไม่ได้สวยงามอย่างเดียวเพราะ ล่าสุด คณะนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่นำโดย Alfred Amruth นักศึกษาปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยฮ่องกง พบว่าภาพความบิดเบี้ยวจาก “เควซาร์” ชื่อ HS 0810+2554 มีเบาะแสที่ใบ้ว่า เลนส์ที่บังอยู่ ประกอบไปด้วยสสารมืดแบบใด
อนุภาคมูลฐานที่คาดว่าเป็นสสารมืดมีอยู่ 2 ตัวหลักๆ
- ตัวหนึ่งเรียกว่า “WIMP”
-อีกตัวหนึ่งเรียกว่า “axion”
WIMP เป็นชื่อที่แอบตลกนิดหนึ่ง เพราะแปลว่า คนอ่อนแอขี้ขลาดในภาษาอังกฤษ แต่ในที่นี้ย่อมาจาก weakly interacting massive particle หรือ “อนุภาคมวลเยอะ ที่ไม่ค่อยมีปฏิสัมพันธ์กับใครเท่าไร” ที่นักฟิสิกส์ตั้งชื่อแบบนี้เพราะนักฟิสิกส์ก็ยังไม่รู้ว่าอนุภาคนี้คืออะไร รู้แต่ว่าต้องมีมวลมากสักหน่อยเมื่อเทียบกับอนุภาคมูลฐานอื่นๆ และมีปฏิสัมพันธ์กับสสารปกติแบบเบาบางเท่านั้น เพราะถ้าไม่เบาบาง เราก็ต้องสร้างเครื่องมือตรวจจับได้ง่ายๆไปแล้ว
ส่วน axion เป็นอนุภาคมูลฐานชนิดหนึ่งที่มีนักฟิสิกส์เคยเสนอไว้ในปี ค.ศ. 1977 เนื่องจากมีความเป็นไปได้ในเชิงทฤษฎี แต่ผ่านมาจนถึงทุกวันนี้ก็ยังไม่มีการทดลองใดที่ค้นพบเจอ ชื่ออนุภาคนี้มีเกร็ดประวัติศาสตร์ที่แอบตลกเช่นกันคือ ตั้งโดยแฟรงค์ วิลเช็ก (Frank Wilczek) นักฟิสิกส์รางวัลโนเบล ตามชื่อผงซักฟอกยี่ห้อ Axion (อ่านว่า “แอกชั่น” เหมือน action)
วงแหวนไอน์สไตน์ที่เกิดจากเควซาร์ HS 0810+2554 ที่มา : Phys.org
คณะนักวิจัยจำลองปรากฏการณ์วงแหวนไอน์สไตน์แล้วพบว่า ถ้าเลนส์ประกอบด้วยสสารมืดที่เป็นอนุภาพ WIMP ภาพเควซาร์ที่กลายมาเป็นวงแหวนไอน์สไตน์ จะดูสว่างเรียบเนียนสม่ำเสมอ ในขณะที่ถ้าเลนส์เป็น axion ภาพเควซาร์จะมีความสว่างขึ้นๆ ลงๆ ไม่สม่ำเสมอ และเมื่อไปเช็กกับภาพจริง ที่มีการค้นพบมาก่อนหน้าว่าเป็นวงแหวนไอน์สไตน์ที่เกิดจากเควซาร์ HS 0810+2554 ก็พบว่า ลักษณะความสว่างเป็นแบบหลัง
ดังนั้น เป็นไปได้ว่า สสารมืดน่าจะเป็น axion มากกว่า WIMP
กองเชียร์ฝั่ง axion ก็เลยได้เฮกันใหญ่ แต่ที่สำคัญที่สุดคือ การค้นพบนี้จุดประกายให้นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ไปศึกษาลักษณะความสว่างของวัตถุอื่นๆ ต่อไป (เช่น ซูเปอร์โนวา) เพื่อดูว่าเวลาที่โชคดีส่องเห็นเป็นวงแหวนไอน์สไตน์แล้ว จะกลายมาเป็นหลักฐานสนับสนุน axion เช่นเดียวกันหรือไม่ หรือจริงๆ แล้วอาจจะเป็น axion ผสม WIMP ก็ได้ ทั้งนี้ก็ต้องติดตามงานวิจัยกันต่อไป
อ้างอิง
บทความวิจัย : https://doi.org/10.1038/s41550-023-01943-9
ภาพเควซาร์ HS 0810+2554 (ขวาบน) : https://hubblesite.org/contents/media/images/2020/05/4614-Image
- 6
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
