เพื่อกล่าวอย่างเรียบง่าย Dark Matter ไม่เพียง แต่เชื่อว่าจะสร้างมวลของเอกภพจำนวนมากเท่านั้น แต่ยังทำหน้าที่เป็นนั่งร้านที่สร้างกาแลคซีด้วย แต่เพื่อค้นหาหลักฐานของมวลลึกลับที่มองไม่เห็นนี้นักวิทยาศาสตร์ถูกบังคับให้ต้องพึ่งพาวิธีทางอ้อมคล้ายกับที่เคยศึกษาหลุมดำ โดยพื้นฐานแล้วพวกเขาวัดว่าการปรากฏตัวของสสารมืดมีผลกระทบต่อดาวและกาแลกซี่ในบริเวณใกล้เคียง
ในปัจจุบันนักดาราศาสตร์ได้ค้นพบหลักฐานของก้อนสสารมืดรอบกาแลคซีขนาดกลางและขนาดใหญ่ ใช้ข้อมูลจาก กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล และเทคนิคการสังเกตใหม่ทีมนักดาราศาสตร์จาก UCLA และ NASA JPL พบว่าสสารมืดสามารถก่อตัวเป็นกระจุกขนาดเล็กกว่าที่คิดไว้ก่อนหน้านี้ การค้นพบนี้ถูกนำเสนอในสัปดาห์นี้ในการประชุม 235 ครั้งของสมาคมดาราศาสตร์อเมริกัน (AAS)
ทฤษฎีที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางที่สุดเกี่ยวกับ Dark Matter ระบุว่ามันไม่ได้สร้างขึ้นจากสิ่งเดียวกันกับ baryonic (เรื่องปกติหรือ“ เรืองแสง”) - เช่นโปรตอนนิวตรอนและอิเล็กตรอน ในทางตรงกันข้าม Dark Matter นั้นถูกสร้างขึ้นจากอนุภาค subatomic ที่ไม่รู้จักซึ่งมีปฏิสัมพันธ์กับสสารปกติเพียงผ่านแรงโน้มถ่วงจุดอ่อนที่สุดของกองกำลังพื้นฐาน - ส่วนที่อ่อนแอที่สุดคือพลังแม่เหล็กไฟฟ้าที่แข็งแกร่งและอ่อนแอ
อีกทฤษฎีที่เป็นที่ยอมรับกันอย่างกว้างขวางระบุว่า Dark Matter นั้นเคลื่อนไหวช้ากว่าเมื่อเปรียบเทียบกับอนุภาคประเภทอื่น ๆ และมีแนวโน้มที่จะจับกันเป็นก้อน ตามความคิดนี้จักรวาลควรมีความเข้มข้นของสสารมืดที่หลากหลายตั้งแต่ขนาดเล็กไปจนถึงขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตามจนถึงปัจจุบันยังไม่พบความเข้มข้นเล็กน้อย
ด้วยการใช้ข้อมูลที่ได้จากกล้อง Wide Field Camera 3 (WFC3) ของทีมฮับเบิลพยายามค้นหาหลักฐานของกระจุกเล็ก ๆ เหล่านี้โดยการวัดแสงจากนิวเคลียสที่สว่างของกาแลคซีไกลโพ้นทั้งแปด (อาคาควอซาร์) เพื่อดูว่ามันได้รับผลกระทบอย่างไร ผ่านช่องว่าง เทคนิคนี้ซึ่งนักดาราศาสตร์มักใช้ในการศึกษากาแลคซีที่อยู่ไกลออกไปกระจุกดาวและแม้แต่ดาวเคราะห์นอกระบบยังเป็นที่รู้จักกันในนามของเลนส์ความโน้มถ่วง
เดิมทีทฤษฎีของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์เทคนิคนี้อาศัยแรงโน้มถ่วงของวัตถุจักรวาลขนาดใหญ่ที่แปรปรวนและขยายแสงจากวัตถุที่อยู่ไกลกว่า Daniel Gilman จาก UCLA ซึ่งเป็นสมาชิกของทีมสังเกตการณ์ได้อธิบายกระบวนการดังกล่าว:
“ ลองจินตนาการว่ากาแลคซีทั้งแปดแห่งนี้เป็นแว่นขยายขนาดยักษ์ กลุ่มสสารมืดขนาดเล็กทำหน้าที่เป็นรอยแตกขนาดเล็กบนแว่นขยายปรับความสว่างและตำแหน่งของภาพสี่ควาซาร์เมื่อเทียบกับสิ่งที่คุณคาดหวังว่าจะดูว่าแก้วนั้นเรียบหรือไม่”
ตามที่หวังไว้ ฮับเบิล ภาพแสดงให้เห็นว่าแสงที่มาจากควาซาร์ทั้งแปดนั้นอยู่ภายใต้เอฟเฟกต์เลนส์ที่สอดคล้องกับการปรากฏตัวของกระจุกขนาดเล็กตามแนวสายตาของกล้องโทรทรรศน์และในและรอบ ๆ กาแลคซีเลนส์ด้านหน้า ควาซาร์และกาแลคซีทั้งแปดแห่งได้รับการจัดตำแหน่งอย่างแม่นยำเพื่อให้ผลการแปรปรวนทำให้เกิดภาพบิดเบี้ยวสี่ภาพของแต่ละควาซาร์
ด้วยการใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่ซับซ้อนและเทคนิคการสร้างใหม่อย่างเข้มข้นทีมจึงเปรียบเทียบระดับความเพี้ยนกับการคาดการณ์ว่าควาซาร์จะปรากฏโดยไม่มีอิทธิพลของสสารมืด การวัดเหล่านี้ยังใช้ในการคำนวณมวลของความเข้มข้นของสสารมืดซึ่งบ่งชี้ว่าพวกมันเป็น 1 / 10,000 ถึง 1 / 100,000 เท่าของมวลของรัศมี Matter ของทางช้างเผือก
นอกเหนือจากการเป็นครั้งแรกที่มีการตรวจพบความเข้มข้นเล็กน้อยผลลัพธ์ของทีมยืนยันหนึ่งในการคาดการณ์พื้นฐานของทฤษฎี“ Cold Dark Matter” ทฤษฎีนี้ยืนยันว่าตั้งแต่ Dark Matter นั้นเคลื่อนที่ช้า (หรือ“ เย็น”) จึงสามารถสร้างโครงสร้างได้ตั้งแต่ระดับความเข้มข้นเล็กน้อยไปจนถึงขนาดมหึมาที่มีมวลของทางช้างเผือกหลายเท่า
ทฤษฎีนี้ยังระบุด้วยว่ากาแลคซีทั้งหมดในจักรวาลก่อตัวขึ้นในกลุ่มเมฆแห่งสสารมืดที่รู้จักกันในชื่อ "รัศมี" และฝังตัวอยู่ภายใน แทนที่หลักฐานของกระจุกขนาดเล็กนักวิจัยบางคนได้แนะนำว่าสสารมืดอาจจริง ๆ แล้ว“ อบอุ่น” - เช่นเคลื่อนที่เร็ว - ดังนั้นเร็วเกินไปที่จะสร้างความเข้มข้นน้อยกว่า
อย่างไรก็ตามการสำรวจใหม่เสนอหลักฐานที่ชัดเจนว่าทฤษฎีของ Dark Dark Matter และแบบจำลองทางดาราศาสตร์ที่รองรับ - โมเดลของ Lambda Cold Dark Matter (? CDM) - ถูกต้อง ในฐานะสมาชิกของทีมศาสตราจารย์ Tommaso Treu แห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียลอสแองเจลิส (UCLA) ได้อธิบายสิ่งเหล่านี้ล่าสุด ฮับเบิล การสำรวจทำให้เกิดความเข้าใจใหม่เกี่ยวกับธรรมชาติของสสารมืดและพฤติกรรม
“ เราได้ทำการทดสอบแบบสังเกตการณ์ที่น่าสนใจมากสำหรับแบบจำลองสสารมืดที่เย็นยะเยือกและผ่านไปด้วยสีสันของการบิน” เขากล่าว “ เป็นเรื่องเหลือเชื่อที่หลังจากใช้งานมาเกือบ 30 ปีฮับเบิลกำลังเปิดมุมมองที่ล้ำสมัยเกี่ยวกับฟิสิกส์พื้นฐานและธรรมชาติของจักรวาลที่เราไม่เคยแม้แต่จะฝันถึงเมื่อมีการเปิดตัวกล้องโทรทรรศน์”
Anna Nierenberg นักวิจัยจาก NASA Jet Propulsion Laboratory ที่เป็นผู้นำ ฮับเบิล สำรวจอธิบายเพิ่มเติม:
การล่าสัตว์เพื่อความเข้มข้นของสสารมืดที่ปราศจากดาวได้พิสูจน์ให้เห็นแล้วว่ามีความท้าทาย อย่างไรก็ตามทีมวิจัยฮับเบิลใช้เทคนิคที่พวกเขาไม่จำเป็นต้องมองหาอิทธิพลโน้มถ่วงของดวงดาวในฐานะตัวติดตามของสสารมืด ทีมตั้งเป้าหมาย "ไฟถนน" ที่มีพลังและระยะไกลแปดดวงซึ่งเรียกว่าควาซาร์ (บริเวณรอบ ๆ หลุมดำที่กำลังทำงานซึ่งเปล่งแสงจำนวนมหาศาล) นักดาราศาสตร์วัดว่าแสงที่ปล่อยออกมาจากออกซิเจนและก๊าซนีออนที่โคจรอยู่ในหลุมดำของควาซาร์แต่ละแห่งนั้นถูกวิปริตโดยแรงโน้มถ่วงของกาแลคซีเบื้องหน้าขนาดใหญ่ซึ่งทำหน้าที่เป็นเลนส์ขยาย
จำนวนของโครงสร้างขนาดเล็กที่ตรวจพบในการศึกษาเสนอเบาะแสเพิ่มเติมเกี่ยวกับธรรมชาติของอนุภาคสสารมืดเนื่องจากคุณสมบัติของมันจะส่งผลกระทบต่อจำนวนของกลุ่มก้อน อย่างไรก็ตามประเภทของอนุภาคที่ Dark Matter ประกอบขึ้นจากซากศพยังคงเป็นปริศนาในขณะนั้น โชคดีที่การปรับใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศรุ่นต่อไปในอนาคตอันใกล้คาดว่าจะช่วยได้
เหล่านี้รวมถึงกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ (JWST) และกล้องโทรทรรศน์สำรวจสนามกว้าง (WFIRST) ซึ่งทั้งสองเป็นหอสังเกตการณ์อินฟราเรดที่มีกำหนดจะเพิ่มขึ้นในทศวรรษนี้ ด้วยเลนส์ที่ทันสมัยสเป็คโตรมิเตอร์มุมมองขนาดใหญ่และความละเอียดสูงกล้องโทรทรรศน์เหล่านี้จะสามารถสังเกตเห็นพื้นที่ทั้งหมดของพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจากกาแลคซีขนาดใหญ่กระจุกกาแลคซีและรัศมีของมัน
สิ่งนี้ควรช่วยนักดาราศาสตร์กำหนดธรรมชาติที่แท้จริงของ Dark Matter และลักษณะของอนุภาคที่เป็นองค์ประกอบ ในเวลาเดียวกันนักดาราศาสตร์วางแผนที่จะใช้เครื่องมือเดียวกันนี้เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับพลังงานมืดซึ่งเป็นความลึกลับเกี่ยวกับดาราศาสตร์อื่นที่สามารถศึกษาทางอ้อมได้ในตอนนี้ เวลาที่น่าตื่นเต้นรออยู่ข้างหน้า!
