แผนที่โครงสร้างสสารมืด

เอกภพโยงใยไปด้วย “เส้นใย” สสารมืด โดยตัดกันที่กาแลกซี่และโครงสร้างหลักอื่น ๆ นี่เป็นข้อสรุปของนักดาราศาสตร์ของโครงการ the Cosmic Evolution Survey (COSMOS) ซึ่งได้ทำการสร้างแผนที่การกระจายตัวของสสารมืดเป็นครั้งแรก การที่พบว่าบริเวณที่มีสสารมืดมากเป็นบริเวณเดียวกับที่มีกาแลกซี่และโครงสร้างอื่นมากช่วยเพิ่มน้ำหนักให้ทฤษฎีที่ว่าโครงสร้างในเอกภพเป็นผลมาจากแรงโน้มถ่วงของสสารมืดที่ก่อตัวอยู่ก่อน

สสารมืด (dark matter) แตกต่างจากสสารธรรมดา ๆ (สสารที่สังเกตได้) ที่เป็นส่วนประกอบของดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ และมนุษย์เรา ตรงที่มันไม่สามารถสังเกตได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์ ที่เป็นเช่นนั้นก็เพราะสสารมืดไม่มีอันตรกิริยาใด ๆ กับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า นั่นคือมันไม่สามารถปลดปล่อยหรือดูดซับแสงใด ๆ สสารมืดทำอันตรกิริยากับสิ่งใด ๆ ด้วยแรงโน้มถ่วงเท่านั้น ถึงแม้ว่าจะไม่เคยมีการสังเกตพบสสารมืดโดยตรง นักเอกภพวิทยาส่วนใหญ่เชื่อว่าสสารมืดเป็นสิ่งที่มีบทบาทสำคัญในการก่อตัวของโครงสร้างในเอกภพ อย่างเช่นกาแลกซี่

ทีมงาน COSMOS ได้ใช้กล้องสำรวจอวกาศฮับเบิล (Hubble Space Telescope) และอุปกรณ์ภาคพื้นดินในการสร้างแผนที่ที่ระบุตำแหน่งของสสารมืดใน 3 มิติ ทีมวิจัยสามารถระบุตำแหน่งของสสารมืดโดยใช้หลักการที่ว่าการเดินทางของแสงจากกาแลกซี่อันห่างไกลจะเบนไปจากทิศทางเดิมเนื่องด้วยการบิดเบี้ยวของ space-time รอบ ๆ สสารมืด ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่า gravitational lensing

แผนที่นี้แสดงให้เห็นว่าบริเวณของอวกาศที่บรรจุสสารที่สังเกตได้ในปริมาณมากส่วนใหญ่จะมีสสารมืดในปริมาณมากอยู่ด้วยเสมอ ซึ่งสอดคล้องกับทฤษฎีที่นักฟิสิกส์เชื่อว่าการสะสมของสสารมืดเนื่องจากการดึงดูดระหว่างกัน เป็นผลให้เกิดการดึงดูดสสารต่าง ๆ ด้วยแรงโน้มถ่วง จนทำให้เกิดการก่อตัวของโครงสร้างของสสารในเอกภพ อย่างกาแลกซี่ หรือกลุ่มของกาแลกซี่ “มันทำให้เราเบาใจลงเมื่อพบว่าแผนที่ของเรายืนยันทฤษฎีมาตรฐานสำหรับการก่อตัวของโครงสร้างในเอกภพได้ดีเพียงใด” กล่าวโดยนักวิจัย Richard Massey แห่งแคลเท็ก (the California Institute of Technology)

อย่างไรก็ตาม การสำรวจครั้งนี้ยังเปิดเผยด้วยว่า มีบริเวณที่มีสสารมืดปริมาณมาก แต่กลับไม่ค่อยมีสสารที่สังเกตได้สักเท่าไร ตามหลักการแล้ว ลักษณะเช่นนี้ก็มีความเป็นไปได้เพราะนักฟิสิกส์เชื่อว่ามีสสารมืดเป็นปริมาณมากกว่าสสารที่สังเกตได้มาก

ก่อนหน้านี้ นักดาราศาสตร์ได้เคยใช้หลักการ gravitational lensing ในการสร้างแผนที่สสารมืดในบริเวณรอบ ๆ บางกาแลกซีมาแล้ว แต่การสำรวจครั้งใหม่ถือเป็นครั้งแรกที่ได้แผนที่แบบกว้าง ครอบคลุมบริเวณของท้องฟ้าประมาณ 8 เท่าของขนาดพระจันทร์เต็มดวง นอกจากนี้ยังเป็นครั้งแรกที่สำรวจสสารมืดใน 3 มิติ โดยในมิติความลึก ได้ใช้หลักการการเปลี่ยนแปลงไปของระยะทาง (หรือเวลา) ที่แสงเดินทางเมื่อผ่านสสารมืด การที่สามารถตรวจดูวิวัฒนาการของสสารมืดผ่านทั้งอวกาศและเวลายังอาจจะช่วยในการตรวจสอบและศึกษา พลังงานมืด (dark energy) ซึ่งเชื่อว่าเป็นสิ่งที่ทำให้เอกภพขยายตัวด้วยความเร่ง

แหล่งข้อมูลและเอกสารอ้างอิง
ข่าวจาก Physicsweb http://physicsweb.org/articles/news/11/1/3/1


ผลงานตีพิมพ์ในวารสาร Nature
Nature doi:10.1038/nature05497 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=pubmed&cmd=Retrieve&dopt=AbstractPlus&list_uids=17206154&query_hl=1&itool=pubmed_docsum