กาแลคซียุคต้นที่เต็มไปด้วยสสารมืด
ทีมนักวิจัยนานาชาติได้พบสสารมืดมากมายในกลดรอบๆ หลุมดำมวลมหาศาลสองแห่งในกาแลคซีที่อยู่ห่างออกไปราว 13 พันล้านปีแสง การศึกษาซึ่งเผยแพร่ใน Astrophysical Journal ได้ให้แง่มุมใหม่สู่ความสัมพันธ์ระหว่างสสารมืดกับหลุมดำมวลมหาศาล เมื่อเอกภพมีอายุน้อยมากๆ และกาแลคซีพัฒนาได้อย่างไร
บุคคลแรกที่พบว่าสสารมืด(dark matter) มีบทบาทสำคัญในกาแลคซี ก็คือ นักดาราศาสตร์ Vera Rubin ซึ่งในทศวรรษ 1970 ได้สังเกตเห็นว่าส่วนนอกๆ ของกาแลคซีในละแวกท้องถิ่น กำลังหมุนรอบตัวด้วยความเร็วสูงกว่าที่คาดไว้ ซึ่งต่อมาสร้างเป็นสิ่งที่เรียกว่า กราฟการหมุนแบบราบ(flat rotation curve) ถ้ากาแลคซีมีเพียงดาวและก๊าซ และเป็นไปตามกฎของนิวตัน รอบนอกๆ ของกาแลคซ๊ก็น่าจะเคลื่อนที่ช้ากว่าใจกลางกาแลคซี
กราฟการหมุนรอบตัวของ M33 เป็นจุดสีเหลืองและฟ้า ตามที่สำรวจพบ เปรียบเทียบกับ กราฟการหมุนที่ควรจะเป็นจากสสารปกติเพียงอย่างเดียว
การค้นพบของรูบินจะสมเหตุสมผลก็ต่อเมื่อมีมวลที่มองไม่เห็นจำนวนมาก ซึ่งต่อมาเรียกว่า สสารมืด ได้ล้อมรอบกาแลคซีเหมือนกับเป็นกลด(halo) ช่วยให้ดาวและก๊าซที่อยู่ห่างไกลจากใจกลางกาแลคซี ยังคงเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงกว่าได้
สสารมืดมีอยู่ในเอกภพมานานแค่ไหนก็ยังไม่เคยระบุได้ และเป็นอะไรกันแน่ แม้จะมีความสำคัญด้านพื้นฐานของความเข้าใจเอกภพของเรา
ทีมนักวิจัยที่นำโดยนักวิจัยเยี่ยมเยือนจากสถาบันคัฟลี่เพื่อฟิสิกส์และคณิตศาสตร์แห่งเอกภพ มหาวิทยาลัยโตเกียว(Kavli IPMU, WPI) และมหาวิทยาลัยเป่ยจิง Qinyue Fei และยังมี ศจ John Silverman จาก Kavli IPMU, Dr Seiji Fujimoto จากมหาวิทยาลัยเทกซัส ออสติน และ สถาบันคัฟลี่เพื่อดาราศาสตร์และดาราศาสตร์ฟิสิกส์มหาวิทยาลัยเป่ยจิง Ran Wang ได้ศึกษาองค์ประกอบสสารมืดของหลุมดำมวลมหาศาล(supermassive black holes) ที่อยู่ไกลออกไป 13 พันล้านปีแสง
กราฟการหมุนรอบตัวของกาแลคซีที่ห่างไกล ข้อมูลสีแดงและฟ้ายังดูค่อนข้างแบนราบ(หรือสสารมืดสูง) คล้ายกับกาแลคซีดิสก์ขนาดใหญ่ในละแวกท้องถิ่น(เส้นประสีเทา) ซึ่งต้องมีสสารมืดกระจายออกเพื่ออธิบายความเร็วที่สูงของพวกมัน แต่ผลจากกาแลคซีที่เรดชิพท์ 2-3(จุดข้อมูลสีเทา) แสดงกราฟการหมุนรอบตัวที่ลดลงเมื่อไกลออกไป แปลผลได้ว่ามีสสารมืดในสัดส่วนต่ำ
วีร่า รูบิน ได้ให้หลักฐานของสสารมืดเป็นครั้งแรกโดยใช้กราฟการหมุนรอบตัวของกาแลคซีในละแวกท้องถิ่นที่อยู่ใกล้ๆ เราก็ใช้เทคนิคเดียวกันนี้แต่ขณะนี้กับเอกภพยุคต้น Silverman กล่าว ซึ่งเป็นไปได้ด้วยข้อมูลจาก ALMA และเส้นเปล่งคลื่นคาร์บอนไอออนไนซ์(C+) นักวิจัยก็สามารถตรวจหาพลวัตของก๊าซของกาแลคซีต้นสังกัดเควซาร์ 2 แห่งที่เรดชิพท์ 6 ได้ ด้วยการศึกษากราฟการหมุนรอบตัวของกาแลคซีแต่ละแห่ง พวกเขาก็พบว่ามีสสารมืดเป็นองค์ประกอบราว 60% ของมวลทั้งหมด
ความเร็วที่เปลี่ยนแปลงตามแนวรัศมีตรวจจับได้จากก๊าซที่เคลื่อนที่เข้าหาผู้สังเกตการณ์(blueshift) และก๊าซที่เคลื่อนห่าง(redshift) ที่น่าสนใจคือ กราฟการหมุนรอบตัวในเอกภพที่ห่างไกล จากการศึกษาในอดีตได้เผยให้เห็นความเร็วที่ลดลงในชายขอบกาแลคซี ซึ่งหมายความว่ามีสสารมืดในสัดส่วนที่น้อย แต่ข้อมูลใหม่จากทีมแสดงกราฟการหมุนรอบตัวแบบแบนราบ คล้ายกับกาแลคซีดิสก์ขนาดใหญ่ที่อยู่ใกล้โลก ซึ่งบ่งชี้ถึงต้องมีสสารมืดมากขึ้นเพื่ออธิบายความเร็วที่สูง
ซ้าย การกระจายในก๊าซของคาร์บอนไอออนไนซ์(C+) ในฮาโลของ P009-10 ตามที่แสดงในภาพสีและเส้นคอนทัวร์สีดำ การกระจายของก๊าซในนิวเคลียสมีใจกลางที่เควซาร์(กากบาทสีดำ) แสดงเป็นคอนทัวร์สีบานเย็น ขวา สนามความเร็วของ C+ จาก -200(สีฟ้า เคลื่อนที่เข้าหาเรา) จนถึง +200(สีแดง ถอยห่างจากเรา) km/s ได้บ่งชี้ถึงการหมุนรอบตัวอย่างสม่ำเสมอในฮาโลสสารมืดขนาดใหญ่นี้
การค้นพบของทีมจึงเปิดช่องสู่ความสัมพันธ์อันละเอียดอ่อนระหว่างสสารมืดกับหลุมดำมวลมหาศาล พวกมันให้ชิ้นส่วนปริศนาที่สำคัญในการเข้าใจว่ากาแลคซีพัฒนาจากเอกภพยุคต้นมาเป็นโครงสร้างที่เราสำรวจพบในทุกวันนี้ได้อย่างไร
แหล่งข่าว phys.org : astronomers find dark matter dominating in early universe galaxies
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
