นาซ่า (NASA) เผยข้อมูลใหม่เกี่ยวกับโครงสร้างของเอกภพ

นักวิทยาศาสตร์พบว่าเอกภพของเรามีสสารชนิดที่ไม่สามารถตรวจจับได้ด้วยแสง แต่อาศัยวิธีการวัดด้วยเลนส์ความโน้มถ่วง เราเรียกมันว่าพลังงานมืด (Dark Energy) อยู่ถึง 70% อีก 20% เป็นสสารมืด (Dark Matter) และที่เหลือเป็นสสาร (Normal Matter) ที่เราพบได้ทั่วไป (ซึ่งสังเกตได้ด้วยเทคโนโลยีกล้องเชิงแสง เพราะมวลสารทั่วไปสามารถสะท้อนแสงได้)

จากการตรวจสอบกาแล็กซีของกลุ่มนักดาราศาสตร์สากลถึง 400 กว่าคน รวมถึงนักวิทยาศาสตร์จากนาซ่า (NASA) โดยมีชื่อกลุ่มของตัวเองว่า “Dark Energy Survey: DES” ซึ่งสำรวจกาแล็กซีไปแล้วเป็นจำนวนถึง 26 ล้านกว่าแห่ง กินพื้นที่ท้องฟ้าที่สำรวจไปถึง 1/30 ส่วน แต่ละช่วงกว้างประมาณ 1 พันล้านปีแสง (ดังรูปด้านล่างท้ายบทความ) พบว่าปัจจุบันสัดส่วนของ “พลังงานมืด (Dark Energy)” “สสารมืด (Dark Matter)” และ “มวสสารปกติ (Normal Matter)” มีอัตราส่วนคงเดิมไม่มีการเปลี่ยนแปลง

หน้าที่ของพลังงานมืด และสสารมืด

สสารมืด เปรียบเสมือนกาวที่มองไม่เห็น ทำหน้าที่ในการยึดให้กาแล็กซี และกระจุกกาแล็กซีเชื่อมเข้ากันด้วยความโน้มถ่วง เรารู้จักสสารมืดครั้งแรก เมื่อลองคำนวณหาค่าความโน้มถ่วงทั้งกาแล็กซี ปรากฏว่าได้น้อยกว่าที่ควรจะเป็น แสดงว่าต้องมีมวลที่มองไม่เห็น แต่มีผลต่อความโน้มถ่วงทั้งระบบของกาแล็กซี เราจึงเรียกว่า สสารมืด
ในขณะที่พลังงานมืดจะทำหน้าที่ในการเร่งการขยายตัวของเอกภพ

รู้ได้อย่างไรว่ามีพลังงานมืดและสสารมืดอยู่จริง

นักดาราศาสตร์รู้ได้ว่ามีพลังงานมืดและสสารมืดอยู่มากเพียงใดนั้น ปัจจุบันเราใช้ดาวเทียมจาก European Space Agency’s Plank ในการสำรวจแสงที่มาจากห้วงลึกของอวกาศ หรือแสงที่ส่งผ่านมายังโลกเมื่อ 400,000 ปีก่อน ซึ่งการสำรวจอยู่บนสมมติฐานที่ว่าการที่เอกภพขยายตัวด้วยความเร่งตามกฎของฮับเบิล (Hubble’s Law) และเมื่อมาคำนวณพลังงานในการขยายตัวพบว่าต้องใช้พลังงานมหาศาล แต่เรากลับตรวจพบได้น้อยนิด แสดงว่าน่าจะมีพลังงานมืดทำหน้าที่อยู่เบื้องหลัง เพียงแต่เรามองไม่เห็น

ส่วนวิธีการในการตรวจหาสสารมืด (Dark Matter) นักดาราศาสตร์จำเป็นต้องทราบตำแหน่งของกาแล็กซีให้มากที่สุดเท่าที่จะมากได้ก่อน เพื่อดูการกระจายของมวลสาร ซึ่งปัจจุบันเราทำแผนที่กาแล็กซีได้แล้วถึง 26 ล้านกว่าแห่งตามที่กล่าวมาข้างต้น โดยอาศัยเทคนิคสองเทคนิคคือ Gravitaitonal Lensing และ ดูจากกระจุกกาแล็กซี (Galaxy Clustering)

แผนที่แสดงการกระจายตัวของ Dark Matter — เมื่อก่อนเราไม่สามารถตรวจจับสสารมืดได้โดยตรง หรือใช้กล้องโทรทรรศน์แบบเชิงแสงในคลื่นต่างๆ เพราะสสารมืดไม่ทำอันตรกิริยากับแสงเลย แต่มันทำอันตรกิริยากับความโน้มถ่วง ดังนั้นถ้าเราสังเกตการหักเหของแสงที่มาจากที่ไกลโพ้น เมื่อมันเคลื่อนผ่านบริเวณที่คาดว่าจะมีสสารมืด ก็จะทำให้เราเห็นแสงนั้นผิดเพี้ยนไป และเราสร้างแผนที่สสารมืดจากแสงที่ผิดเพี้ยนไปนั้นเอง Credit Chihway Chang/Kavli Institute for Cosmological Physics at the University of Chicago/DES Collaboration

การตีความจากรูปแผนที่สสารมืด (Map of Dark Matter)

บริเวณสีแดง คือ บริเวณที่มีสสารมืดมากกว่าค่าเฉลี่ย
บริเวณสีน้ำเงิน คือ บริเวณที่มีสสารมืดน้อยกว่าค่าเฉลี่ย
โดยที่ค่าเฉลี่ยที่ว่าหมายถึง ควรจะเติมสสารมืดเข้าไปในบริเวณนั้นเท่าไหร่ ถึงจะทำให้กาแล็กซีต่างๆ ดึงดูดซึ่งกันและกันได้อย่างที่เราสังเกตจากโลก (อย่าลืมว่าเราวัดหรือตรวจหาสสารมืดไม่ได้โดยตรง แต่ใช้การเติมมวลสารลงไปใน Software เพื่อทำให้ความโน้มถ่วงนั้นดึงดูดกาแล็กซีได้อย่างสมเหตุสมผล – อ่านหน้าที่ของสสารมืดและพลังงานมืดใหม่อีกครั้งเพื่อทำความเข้าใจพฤติกรรมของสสารมืดและพลังงานมืด)

แผนที่ข้างต้นใหญ่ขึ้นประมาณ 10 เท่าเมื่อเทียบจากการเริ่มบันทึกในปี 2015 และแผนที่การกระจายของสสารมืดนี้จะใหญ่ขึ้นอีก 5 เท่าในสองปีข้างหน้า