ไขปริศนาสสารมืด

การขยายตัวของเอกภพทำให้เรารู้ที่มาที่ไปของสสารที่เรารู้จักกัน แต่นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ยังพบว่ามีสสารและพลังงานปริศนาที่เรายังไม่รู้จักอยู่ในอวกาศอีกด้วย

สสารมืดคืออะไร

การศึกษาการขยายตัวของเอกภพพบว่ามีการเคลื่อนที่ของกลุ่มดาราจักรหรือกาแล็กซี (galaxy) บางตัวค่อนข้างแปลก โดยปกติถ้าเรานึกถึงภาพทหารเดินสวนสนามเป็นวงกลม คนที่อยู่ใกล้ศูนย์กลางจะต้องซอยเท้าถี่ มีความเร็วค่าหนึ่ง ส่วนคนที่อยู่วงนอกสุดควรจะเดินเร็วกว่าหรือมีความเร็วที่สูงกว่า จึงจะทำให้ดาราจักรหมุนไปในลักษณะวงกลมได้ แต่มีการค้นพบว่าอัตราการเคลื่อนที่ของดาวที่อยู่ใกล้แกนกลางกับดาวที่อยู่ห่างมาก ๆ มีอัตราเร็วไม่ต่างกัน นักดาราศาสตร์จึงงงว่าเป็นไปได้อย่างไร เหตุใดจึงเป็นแบบนี้ ต้องมีอะไรบางอย่างที่ทำให้เกิดปรากฏการณ์นี้ ทำให้เกิดทฤษฎีเรียกสิ่งที่เราไม่รู้จักนี้ว่า สสารมืด (dark matter) เนื่องจากตรวจสอบไม่ได้ วัดไม่ได้ด้วยเครื่องมือที่มีอยู่ แต่ต่อมาเรามีข้อมูลเพิ่มขึ้นหลังจากที่ส่งกล้องโทรทรรศน์ขึ้นไปในอวกาศ โดยตัวแรกคือ กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล (Hubble Space Telescope) ปี พ.ศ. 2533 และตัวล่าสุดคือ กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ (James Webb Space Telescope) ปี พ.ศ. 2564

รู้ได้อย่างไรว่ามีสสารมืด

สสาร คือ สิ่งที่เราคุ้นเคยเป็นสิ่งที่เรามองเห็น สิ่งของต่าง ๆ บนโลก รวมทั้งดวงดาวต่าง ๆ และอุกกาบาต ส่วนสสารมืดนั้นคาดว่าอาจจะมีอยู่แต่เรามองไม่เห็น เนื่องจากโดยปกติแล้วสสารจะมีแรงดึงดูดระหว่างกัน และน่าจะส่งผลต่อวัตถุด้วย คือยิ่งวัตถุอยู่ห่างออกไป แรงดึงดูดจะยิ่งน้อยลง แต่จากผลการสังเกตทางดาราศาสตร์ พบว่าแรงดึงดูดระหว่างดาวกลับไม่แตกต่างกันมาก อาจจะเป็นผลของสสารที่มองไม่เห็นที่ส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของดวงดาวและกลุ่มดาราจักร

นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ศึกษาพบว่าสสารที่เรารู้จักในเอกภพมีเพียงร้อยละ 4 เท่านั้น ยังมีที่ไม่รู้จักอีกมากมาย โดยร้อยละ 21 เป็นสสารมืด และที่เหลืออีกร้อยละ 75 เป็นพลังงานมืด (dark energy) ถึงแม้ว่าจะมองไม่เห็น แต่นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ก็พยายามจะตรวจวัดมันให้ได้ด้วยการส่งเครื่องมือขึ้นไปบนอวกาศเพื่อตรวจหาสัญญาณในกาแล็กซีต่าง ๆ โดยจะมองไปที่สสารมืดพลังงานสูง (สสารมืดร้อนหรืออุ่น)

อีกวิธีคือทำการทดลองบนพื้นโลก ซึ่งมีหลายแนวคิด แนวคิดหนึ่งมีความเชื่อว่าถ้าเป็นสสารมืดชนิดที่มีพลังงานไม่สูงมากนัก (weakly interacted massive particle: WIMP) ก็น่าจะวัดได้ หลักการคือ ถ้ามีสสารมืด WIMP จริง เวลาที่มันเคลื่อนที่เข้ามาเจอกับสารเปล่งแสงวับ (scintillator) บางชนิด เช่น ซีนอนเหลว (liquid xenon) จะทำให้สารนี้เรืองแสงขึ้น มีห้องปฏิบัติการที่ทำการทดลองนี้กระจายอยู่ทั่วโลก ทั้งในทวีปยุโรป อเมริกา และเอเชีย คือ ประเทศจีน แต่จนถึงปัจจุบันก็ยังไม่มีห้องปฏิบัติการไหนที่ตรวจจับสสารมืดได้ สสารมืดยังคงเป็นเพียงทฤษฎีอยู่ต่อไป

ข้อมูลโดย
ดร.บุรินทร์ อัศวพิภพ และ ดร.ชิโนรัตน์ กอบเดช