กระจุกกาแลกซีชนกัน เผยให้เห็น "สสารมืด" กลางอวกาศ

การชนกันของกระจุกกาแลกซี ที่อยู่ไกลออกไป 5.7 พันล้านปีแสง เผยให้เห็น "สสารมืด" สสารที่เป็นองค์ประกอบเอกภพ 23% โดยกล้องฮับเบิล บันทึกหลักฐาน ไว้ได้ด้วยเทคนิค "เลนส์โน้มถ่วง"

นักดาราศาสตร์ได้ตรวจพบสสารมืด ซึ่งแยกตัวจากสสารปกติ ระหว่างการชนกันขนาดใหญ่ ของกระจุกกาแลกซี (Galaxy Cluster) 2 กลุ่มที่อยู่ไกลออกไป 5.7 พันล้านปีแสง ซึ่งบีบีนิวส์ระบุว่า ทีมวิจัยได้รายงานเรื่องดังกล่าว ลงวารสารแอสโทรฟิสิคัล (Astrophysical)

ทีมวิจัย อาศัยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล (Hubble) และกล้องโทรทรรศน์อวกาศรังสีเอ็กซ์จันทรา (Chandra X-ray telescope) ศึกษาวัตถุในอวกาศ ที่ชื่อ เอ็มเอซีเอสเจ 0025.4-1222 (MACSJ0025.4-1222) ซึ่งก่อตัวขึ้น หลังจากการชน ที่ให้พลังงานมหาศาล ของกาแลกซีคลัสเตอร์ขนากใหญ่ 2 กลุ่ม โดยกระจุกกาแลกซีแต่ละกลุ่มนั้น มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์นับพันล้านล้านเท่า

บีบีซีนิวส์ระบุด้วยว่า ทีมวิจัยเลือกใช้เทคนิค "เลนส์ความโน้มถ่วง" (gravitational lensing) เพื่อร่างแผนที่ของสสารมืด ด้วยกล้องฮับเบิล ซึ่งหากผู้สังเกตการณ์ มองไปที่กาแลกซี ซึ่งอยู่ไกลออกไป และมีสสารมืดอยู่ขั้นกลาง แสงที่ออกมาจากกาแลกซีนั้น จะบิดเบี้ยวไป ดูคล้ายเรากำลังมองผ่านเลนส์ขนาดเล็กๆ จำนวนมาก และเลนส์เหล่านั้น ก็คือชิ้นส่วนของสสารมืด และนักดาราศาสตร์ก็ใช้กล้องจันทรา เพื่อร่างแผนที่สสารทั่วไป ในกระจุกกาแลกซีที่รวมกัน ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในรูปของก๊าซร้อน และส่องสว่างในย่านรังสีเอ็กซ์

ขณะที่กระจุกกาแลกซี ก่อให้เกิดวัตถุอวกาศ เอ็มเอซีเอสเจ0025 ด้วยการชนที่ความเร็วหลายล้านกิโลเมตรต่อชั่วโมง ก๊าซร้อนของกลุ่มกาแลกซีทั้งสอง ก็ชนกันและลดความเร็วลง

อย่างไรก็ดี สสารมืดยังคงเคลื่อนที่ผ่านกันไป ในการชนดังกล่าว ซึ่งความจริงที่ว่าสสารมืดจะไม่ช้าลงเมื่อชนกันนี้ สนับสนุนแนวคิดที่ว่า อนุภาคของสสารมืดจะทำอันตรกริยาต่อกันด้วยแรงที่น้อยมากหรือไม่กระทำต่อกันเลย ทั้งนี้เมื่อตัดอันตรกริยาอันเนื่องจากแรงโน้มถ่วงออกไปแล้ว

อย่างไรก็ดี เคยพบปรากฏารณ์ลักษณะนี้มาก่อนแล้ว ในโครงสร้างอวกาศที่เรียกว่า "กระจุกกระสุนปืน" หรือ "บุลเลตคลัสเตอร์" (Bullet Cluster) ซึ่งก่อตัว หลังจากการชนกันของกระจุกกาแลกซีขนาดใหญ่ 2 กลุ่ม โดยบุลเลตคลัสเตอร์ดังกล่าว อยู่ห่างจากโลก 3.4 พันล้านปีแสง

การค้นพบสสารมืดล่าสุด ริชาร์ด แมสซีย์ (Richard Massey) จากหอดูดาวเอดินบะระ (Royal Observatory Edinburgh) สก็อตแลนด์ ผู้ร่วมศึกษาสสารมืดนี้ด้วย ให้ความเห็นกับบีบีซีนิวส์ว่า ช่วยคลายความกังวลเรื่องบุลเลตคลัสเตอร์ คือกรณีที่แปลกประหลาดลงไปได้ และการศึกษาครั้งนี้ยังเผยให้เห็นคุณสมบัติของสสารมืดด้วย

"สสารมืดประกอบขึ้นเป็นเอกภพ มากกว่าสสารทั่วไปถึง 5 เท่า การศึกษาครั้งนี้ยืนยันว่า เรากำลังเข้าไปข้องเกี่ยวกับสสาร ที่มีความแตกต่างอย่างมาก ต่างไปจากสสารที่ประกอบเป็นเราขึ้นมา และเราก็ยังศึกษาการชนอันทรงพลังของกระจุกกาแลกซี 2 กลุ่มได้" มารุซา บราดาค (Marusa Bradac) จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียในซานตาบาร์บารา (University of California at Santa Barbara: UCSB) ให้ข้อมูล

จากการสังเกตทางดาราศาสตร์ชี้ว่า สสารมืดประกอบขึ้นเป็นเอกภพ 23% ส่วนสสารทั่วไป อาทิ กาแลกซี ก๊าซ ดวงดาว และดาเคราะห์นั้นประกอบขึ้นในเอกภพเพียง 4% ส่วนที่เหลืออีก 73% ของเอกภพสร้างขึ้นจากปริมาณลึกลับ "พลังงานมืด" (dark energy) ซึ่งส่งผลให้เอกภพขยายตัวด้วยอัตราเร่ง

ตามแบบจำลองทางทฤษฎีหนึ่งนั้น สสารมืดอาจประกอบขึ้นจากอนุภาคที่แปลกประหลาด "วิมป์ส" (WIMPS) หรืออนุภาคมีมวลที่ทำอันตรกริยาอย่างอ่อน (Weakly Interacting Massive Particles) ขณะที่ทฤษฎีอื่นเชื่อว่า สสารมืดประกอบด้วยสสารที่เห็นอยู่ในชีวิตประจำวัน มากกว่าที่จะเป็นสสารอื่นซึ่งยากจะเข้าใจ

สำหรับการทดลองทางฟิสิกส์อันทรงพลังของเครื่องเร่งอนุภาคแอลเอชซี (Large Hadron Collider: LHC) ซึ่งตั้งอยู่บริเวณชายแดนฝรั่งเศส-สวิตเซอร์แลนด์ อาจช่วยตอบคำถามนี้ได้ หลังการเดินเครื่องในอีกไม่กี่วันข้างหน้านี้

ด้าน แมสซีย์กล่าวว่า ทีมวิจัยของเขา ได้พบสิ่งที่อาจเป็นคำตอบว่า สสารมืดประกอบขึ้นจากอะไร จากการชนกันของกระจุกกาแลกซีนี้ โดยในทางอุดมคติแล้ว เขาต้องการหลักฐานมากกว่านี้ เพื่อศึกษาได้ในเชิงสถิติ แต่กล้องฮับเบิลก็ไม่สามารถทำงานได้เพียงไม่นานหลังจากที่ทีมวิจัยบันทึกภาพ เอ็มเอซีเอสเจ0025 ดังนั้น ทีมทีมวิจัยจึงยังไม่สามารถศึกษาภาพอื่นอีกได้ ซึ่งพวกเขาหวังว่าจะศึกษาต่อหลังภารกิจซ่อมแซมกล้องฮับเบิลในเดือน ต.ค.นี้.