ครั้งแรกของไทยนักฟิสิกส์ทำนายพบดาวนิวตรอนมีควาร์กอิสระในแกนกลาง

ครั้งแรกของประเทศไทย นักฟิสิกส์ไทยรับทุนพัฒนานักวิจัยรุ่นกลาง วช. ศึกษาทฤษฎีทางเลือกทำนายการมีอยู่ของดาวนิวตรอนที่ในแกนกลางมี “ควาร์กอิสระ” ซึ่งปกติควาร์กไม่สามารถอยู่ได้อย่างอิสระในธรรมชาติ และการทำนายทางทฤษฎีนี้รอการตรวจพบโดยนักสังเกตการณ์ต่อไป 



วันนี้ (16 ธ.ค.) รศ.ดร.พงษ์พิชิต จันทร์นุ้ย อาจารย์สาขาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยวลัยลักษณ์ เผยว่างานวิจัยที่ได้รับทุนจากสำนักงานการวิจัยแห่งชาติ (วช.) ประเภททุนพัฒนานักวิจัยรุ่นกลาง (เมธีวิจัย) เพื่อศึกษาทฤษฎีความโน้มถ่วงแบบปรับแต่ง และผลสืบเนื่องทางดาราฟิสิกส์และจักรวาลวิทยา เพิ่งได้รับเลือกให้ตีพิมพ์ลงวารสาร The Astrophysical Journal เป็นวารสารของ American Astronomical Society ทั้งนี้เป็นเรื่องน่าตื่นเต้นสำหรับนักวิจัยในวงการ เพราะวารสารดังกล่าวมีความเข้มงวดทางวิชาการสูงมากและโดยส่วนใหญ่บทความวิจัยที่ได้รับการตีพิมพ์จะใช้ฟิสิกส์มาตรฐานที่นักฟิสิกส์และนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ส่วนใหญ่เชื่อถืออยู่แล้ว

ทฤษฎีทางเลือกที่ รศ.ดร.พงษ์พิชิตและคณะเลือกใช้ คือ ทฤษฎีความโน้มถ่วงไอน์สไตน์-เกาส์-โบเนต์ ใน 4 มิติ (4D Einstein-Gauss-Bonnet gravity) ทำนายสมบัติของดาวนิวตรอนที่มี “ควาร์กอิสระ” เป็นองค์ประกอบของแกนกลาง ซึ่งปกติแล้วควาร์กไม่สามารถดำรงอยู่ได้แบบอิสระในธรรมชาติ หรือแม้กระทั่งในห้องปฏิบัติการทางฟิสิกส์อนุภาคและนิวเคลียร์ ผลลัพธ์ที่สำคัญของงานวิจัยนี้จะช่วยอธิบายว่า ถ้ามวลส่วนใหญ่ของดาวนิวตรอนประกอบไปด้วยควาร์กอิสระ ดาวนิวตรอนที่ทำนายได้จะมีมวลประมาณสองเท่าของมวลดวงอาทิตย์

“ปกติเราสนใจแต่ความโน้มถ่วงในทฤษฎีสัมพัทธภาพของ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ แต่ในกรณีที่กำลังศึกษา ความโน้มถ่วงของไอน์สไตน์จะไม่ให้ค่าดาวนิวตรอนที่มวลเป็นสองเท่าของดวงอาทิตย์ จากข้อมูลสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์พบว่า ดาวนิวตรอน สามารถมีมวลเป็นสองเท่าของดวงอาทิตย์ได้ เราจึงต้องหาทฤษฎีอื่นๆ มาอธิบาย ซึ่งแบบจำลองความโน้มถ่วงไอน์สไตน์-เกาส์-โบเนต ใน 4 มิติ เป็นทฤษฎีหนึ่งในส่วนขยายของแบบจำลองความโน้มถ่วงของไอน์สไตน์” รศ.ดร.พงษ์พิชิต อธิบาย

ปกติแบบจำลองความโน้มถ่วงไอน์สไตน์-เกาส์-โบเนต์ จะใช้อธิบายฟิสิกส์ได้ในกรณีที่เอกภพมี 5 มิติขึ้นไปเท่านั้น ทว่าเราอาศัยอยู่ในเอกภพ 4 มิติ ซึ่งเมื่อต้นปี พ.ศ.2563 มีงานวิจัยที่นำเสนอรูปแบบของความโน้มถ่วงไอน์สไตน์ – เกาส์ - โบเนต์ ในเอกภพ 4 มิติ โดยใช้วิธีการกำจัดค่าอนันต์ในความโน้มถ่วง และทีมวิจัยที่นำโดย รศ.ดร.พงษ์พิชิตจึงได้นำแบบจำลองสำหรับเอกภพ 4 มิติ ดังกล่าวมาศึกษาดาวนิวตรอน ซึ่งเป็นเรื่องงานวิจัยที่ได้รับความสนใจจากนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกเช่นเดียวกันกับหลุมดำ

อย่างไรก็ตาม แบบจำลองความโน้มถ่วงไอน์สไตน์ – เกาส์ - โบเนต์ในเอกภพ 4 มิติ มีความเปราะบางในแง่การยอมรับจากนักวิทยาศาสตร์ และยังเป็นที่ถกเถียงในแวดวงนักฟิสิกส์ ถึงจุดอ่อนและข้อบกพร่อง คณะผู้วิจัยจึงต้องใช้พยายามอย่างยิ่งในการนำเสนอผลการคำนวณทางคณิตศาสตร์และหลักการทางฟิสิกส์เพื่อให้กรรมการผู้ตัดสินบทความและบรรณาธิการวารสารยอมรับให้ลงตีพิมพ์ การได้รับตีพิมพ์บทความจึงเป็นสิ่งที่น่าตื่นเต้นสำหรับนักวิจัยในวงการ และการค้นหาดาวนิวตรอนที่มีควาร์กอิสระในแกนกลางจะเป็นตัวแปรสำคัญต่อการพัฒนาทฤษฎีใหม่ทางฟิสิกส์ในอนาคต

สำหรับงานวิจัยนี้ รศ.ดร.พงษ์พิชิต มีความร่วมมือกับนักวิจัยทั้งในประเทศไทยและต่างประเทศ ได้แก่ ดร.ดริศ สามารถ อาจารย์สาขาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น นายถกล ตั้งผาติ นักศึกษาปริญญาเอก สาขาฟิสิกส์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย และ ดร.อายัญ บาเนอร์จี จากหน่วยวิจัยดาราศาสตร์ฟิสิกส์และจักรวาลวิทยา มหาวิทยาลัยควาซูลู-นาทาล ประเทศแอฟริกาใต้