จักรวาลทำมาจากอะไร? ไม่ต้องกังวลถ้าคุณไม่มีเงื่อนงำนักดาราศาสตร์ก็ไม่มีเช่นกัน James Jee จาก Johns Hopkins University ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลเพื่อสร้างแผนที่รายละเอียดของความเข้มข้นของสสารมืดรอบกาแลคซีสองแห่ง และนักดาราศาสตร์เพิ่งได้เบาะแสใหม่
ฟังการสัมภาษณ์: แผนที่ Dark Matter (5 MB)
หรือสมัครสมาชิก Podcast: สมัครสมาชิก
Fraser Cain: เราเคยได้ยินคำว่าสสารมืดมาบ้างแล้ว คุณช่วยให้เราเข้าใจปัจจุบันของสสารมืดคืออะไร?
ดร. เจมส์จี: ก่อนที่ฉันจะพูดเกี่ยวกับสสารมืดฉันต้องพูดถึงสิ่งที่นักดาราศาสตร์ตอนนี้เชื่อว่าจักรวาลเข้ามาในสิ่งที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน เราเชื่อว่า 30% ของจักรวาลเป็นสสารและอีก 70% เป็นพลังงานมืดและสสารมืดประกอบด้วยสสารมากกว่า 90% ในจักรวาล ไม่มีใครตรวจพบสสารมืดในห้องแล็บดังนั้นพวกเขาจึงไม่ทราบรูปร่างสีหรือกลิ่นของมัน แต่มีหลักฐานว่ามันอยู่ที่นั่น เราสามารถตรวจจับได้โดยใช้เลนส์แรงโน้มถ่วงที่เรียกว่า
Fraser: ดังนั้นเมื่อเร็ว ๆ นี้คุณได้ทำการสำรวจโดยใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลเพื่อทำแผนที่ความเข้มข้นของสสารมืด กระบวนการทำเช่นนั้นคืออะไร?
ดร. จี: สสารมืดประกอบด้วยดังที่ฉันได้กล่าวไปแล้ว 90% ของสสารในจักรวาลและสถานที่ที่ดีที่สุดในการมองหาสสารมืดคือที่ที่มันมีมากที่สุด ดังนั้นเราจึงนำกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลไปยังกลุ่มกาแลคซีที่น่าสนใจที่สุดสองกลุ่มที่ก่อตัวขึ้นเมื่อเอกภพมีอายุน้อยกว่าครึ่งของอายุปัจจุบัน
Fraser: แล้วคุณเห็นอะไร
ดร. จี: เราตรวจสอบการกระจายสเปกตรัมของกาแลคซีพื้นหลัง ด้วยการตรวจสอบความผิดเพี้ยนของกาแลคซีพื้นหลังเหล่านั้นเราสามารถตรวจสอบความหนาแน่นของสสารมืดในเบื้องหน้า
เฟรเซอร์: ให้ฉันดูหน่อยว่าฉันเข้าใจถูกต้องหรือไม่ คุณกำลังมองดูกาแล็กซีที่อยู่ห่างไกลและด้วยการมองเห็นว่าแสงเปลี่ยนไปอย่างไรเมื่อมันเข้ามาหาเราคุณสามารถตรวจจับได้ว่ามีกลุ่มของสสารที่ซ่อนอยู่ซึ่งส่งผลต่อแรงโน้มถ่วงอย่างไร
ดร. จี: แน่นอน บางทีนี่อาจเป็นการเปรียบเทียบที่ดี สมมติว่าคุณกำลังอ่านบทความข่าวโดยใช้แว่นขยายคุณสามารถอนุมานถึงพลังหรือความหนาของเลนส์ด้วยการตรวจสอบว่าตัวอักษรดูใหญ่ผ่านแว่นขยาย ในทำนองเดียวกันถ้าคุณดูที่การบิดเบือนหรือการขยายของกาแลคซีพื้นหลังคุณสามารถกำหนดความหนาแน่นของสสารมืดที่เข้าใจยากในเบื้องหน้า
Fraser: แล้วความสัมพันธ์ระหว่างสสารมืดกับกาแลคซีที่เราเห็นคืออะไร?
ดร. จี: มันเป็นเรื่องสำคัญในจักรวาลและมันก็มีแรงดึงดูด หากไม่มีสสารมืดมันเป็นการยากมากที่จะสร้างกาแลคซีด้วยโครงสร้างขนาดใหญ่ที่เราเห็นในจักรวาลปัจจุบัน สสารมืดช่วยสร้างกาแลคซีในโครงสร้างขนาดใหญ่
เฟรเซอร์: เป็นไปได้ไหมว่าเมื่อไรที่สสารมืดจับตัวเป็นก้อนเราจะเห็นกาแลคซีบ้างไหม?
ดร. จี: ใช่นั่นเป็นสิ่งที่เราพบในการวิจัย ผู้คนได้สันนิษฐานว่าสสารมืดเป็นอนุภาคที่ไม่มีการชนกันและสสารมืดและสสารปกติควรอยู่ด้วยกัน แต่ไม่มีใครสามารถระบุเรื่องนี้ได้อย่างชัดเจนเพราะสสารมืดไม่ปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าใด ๆ สิ่งที่เราได้พบโดยใช้ฮับเบิลคือกาแลคซีที่ส่องสว่างก่อตัวขึ้นในบริเวณที่หนาแน่นที่สุดของสสารมืดเหล่านั้น
เฟรเซอร์: ถ้าเรารู้ว่าการจับกลุ่มแบบนี้กำลังเกิดขึ้น - ทั้งคู่ดูเหมือนจะไปด้วยกัน - สิ่งนี้ช่วยให้คุณสามารถโยนทฤษฎีที่มีอยู่สำหรับสสารมืดนี้หรือไม่?
ดร. จี: ใช่มันทำให้เรามีเงื่อนงำมากมาย คนส่วนใหญ่เชื่อว่าสสารมืดนั้นไม่มีการชนกัน แต่บางคนแนะนำว่าพวกเขาอาจมีคุณสมบัติการชนเช่นแก๊สไฮโดรเจน วิธีการที่สสารมืดรวมตัวกันทำให้เรามีคำแนะนำเกี่ยวกับสสารมืดคืออะไร สมมติว่าสสารมืดมีคุณสมบัติการชนเช่นอะตอมไฮโดรเจนจากนั้นพวกมันก็ชนกันบ่อยมากและเราจะเห็นการกระจายของสสารมืดในรัศมีที่ราบรื่นมาก แต่เราได้ค้นพบว่าโครงสร้างเหล่านี้เป็นก้อนมากเช่นมวลของกาแลคซีนั่นเอง นั่นบ่งชี้ว่าอนุภาคสสารมืดถ้ามีจะเป็นอนุภาคที่ไม่มีการชนกันตามทฤษฎีส่วนใหญ่ที่กล่าวไว้ในดาราศาสตร์ของวันนี้
เฟรเซอร์: โอ้ฉันเข้าใจแล้วดังนั้นอนุภาคจริงที่อาจทำให้สสารมืดนี้มีขนาดเล็กมากหรือมีปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนมากจนพวกมันไม่ได้สั่นคลอนด้วยกัน และถ้าพวกเขาทำปฏิกิริยากันคุณก็จะเห็นการกระจายตัวที่มากกว่าเดิม ดังนั้นจากผลการวิจัยที่คุณได้รับแล้วขั้นตอนต่อไปของการวิจัยของคุณคืออะไร
ดร. จี: โปรแกรมกล้องขั้นสูงสำหรับการสำรวจครอบคลุมกลุ่มกาแลคซีมากกว่า 15 แห่งที่น่าสนใจมาก นี่เป็นเพียงผลลัพธ์สองรายการแรก เราเชื่อว่าหากเราเสร็จสิ้นกาแลคซีทั้ง 15 แห่งเพื่อการสำรวจเราจะมีภาพที่ชัดเจนยิ่งขึ้นว่าสสารมืดและสสารปกติทำปฏิกิริยาอย่างไรโดยอาจรวมกันด้วยแรงโน้มถ่วง และเราอาจมีความคิดที่ชัดเจนมากขึ้นว่าสสารมืดก่อให้เกิดการก่อตัวของโครงสร้างขนาดใหญ่ของจักรวาลได้อย่างไร
Fraser: และจากการวิจัยที่คุณทำมาคุณมีทฤษฎีสัตว์เลี้ยงสำหรับสสารมืดหรือไม่
ดร. จี: ถ้าคุณไปที่เว็บไซต์ Astro-ph นั่นเป็นเว็บไซต์ที่ผู้คนอัพโหลดเอกสารการวิจัยต่าง ๆ และมีเอกสารประมาณ 10 หรือ 15 ฉบับต่อวัน และมีการคาดเดามากมายเกี่ยวกับเรื่องนี้ที่น่าดึงดูดและน่าเชื่อถือ แต่ฉันเดาว่าธรรมชาติของสสารมืดอาจได้รับคำตอบภายใน 10 หรือ 15 ปีนับจากนี้ แต่เรายังคงค้นหาอยู่ การวิจัยของเราให้ความละเอียดที่ไม่เคยมีมาก่อนของสสารมืดสามารถแยกแยะความแตกต่างระหว่างอนุภาค collisional และ collisionless
Fraser: และมีเครื่องมืออื่นนอกเหนือจากฮับเบิลที่สามารถทำงานนี้ได้หรือไม่?
ดร. จี: เราสามารถทำเลนส์ความโน้มถ่วงได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดิน ในความเป็นจริงในปี 1990 คนแรกที่ตรวจจับสสารมืดโดยใช้เลนส์ความโน้มถ่วง แต่เมื่อคุณทำเลนส์ความโน้มถ่วงโดยใช้กล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินความละเอียดนั้นแย่มาก กล่าวอีกนัยหนึ่งความปั่นป่วนในบรรยากาศจะทำให้เลนส์ความโน้มถ่วงเปื้อนดังนั้นเราจึงไม่สามารถเห็นภาพสสารมืดที่มีคุณภาพสูงมาก แต่ถ้าเราใช้กล้องโทรทรรศน์ในอวกาศมันจะไม่เบลอรูปร่างของภาพพื้นหลังดังนั้นคุณจึงประหยัดสัญญาณเลนส์ความโน้มถ่วง เราสามารถสร้างภาพที่มีความละเอียดสูงมากของการกระจายสสารมืด
Fraser: และเครื่องดนตรีที่ใหญ่กว่าจะให้ภาพที่ดีกว่า
ดร. จี: แน่นอน กล้องโทรทรรศน์ต่อไปคือ JWST (กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์) จะเพิ่มความละเอียดของสสารมืดอย่างมีประสิทธิภาพด้วยปัจจัย 10 หรือมากกว่า
เฟรเซอร์ คุณคิดว่าคุณเห็นอะไรที่แตกต่างอย่างมากจากความละเอียด 10x หรือไม่
ดร. จี: รูปร่างของการกระจายสสารมืดทั่วโลกจะไม่เปลี่ยนแปลงมากนัก แต่ในกรณีนี้เราอาจเปรียบเทียบโครงสร้างของสสารมืดเทียบกับกาแลคซี ในกรณีนี้เราอาจตอบได้ว่าอนุภาคสสารมืดนั้นมีคุณสมบัติการชนกันหรือไม่ ในตอนแรกฉันพูดว่าสิ่งที่ฉันพบพบว่าสอดคล้องกับสมมติฐานที่ไม่มีการปะทะกัน แต่มีข้อเสนอแนะว่าอนุภาคสสารมืดอาจมีคุณสมบัติการชนกันน้อยมาก เราสามารถหาค่าชดเชยระหว่างสสารมืดกับสสารกาแล็กซี่ นั่นทำให้คุณมีข้อ จำกัด มากมายที่เป็นไปได้ในส่วนตัดขวางของการชนกันระหว่างอนุภาคสสารปกติและมืด
รายงานการวิจัยนี้ตีพิมพ์ในนิตยสาร Space เมื่อวันที่ 13 ธันวาคม 2548
