งานวิจัยใหม่ชี้สัญญาณ “สสารมืด” ที่ดีที่สุด

นักดาราศาสตร์ใช้เวลาเกือบศตวรรษในการค้นหา สสารมืด โครงสร้างที่มองไม่เห็นซึ่งเชื่อกันว่ายึดเหนี่ยวกาแลคซีเข้าด้วยกัน แม้ว่าจะมี หลักฐานทางอ้อมมากมาย ที่บ่งชี้ว่ามีสสารลึกลับนี้อยู่จริง แต่ก็ยังไม่มีใครสามารถตรวจจับมันได้โดยตรง ตอนนี้ งานวิจัยใหม่อาจส่งสัญญาณถึงความก้าวหน้าครั้งสำคัญ

ศาสตราจารย์ Tomonori Totani นักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยโตเกียว อ้างว่าได้ระบุ การแผ่รังสีแกมมา ที่ดูเหมือนว่าจะมีต้นกำเนิดมาจากสสารมืด โดยใช้ข้อมูลจาก กล้องโทรทรรศน์ Fermi Gamma-ray Space Telescope ของ NASA งานวิจัยของเขาซึ่งตีพิมพ์ในวารสาร Journal of Cosmology and Astroparticle Physics ชี้ให้เห็นว่ารังสีนี้ถูกปล่อยออกมาจากการชนกันของ WIMPs (อนุภาคที่มีน้ำหนักมากซึ่งมีปฏิสัมพันธ์อย่างอ่อน)

“WIMPs ซึ่งเป็นตัวเลือกอันดับต้นๆ สำหรับสสารมืด ได้รับการคาดการณ์มานานแล้วว่าจะทำลายล้างและปล่อยรังสีแกมมา ทำให้เกิดความพยายามในการค้นหามากมาย” Totani กล่าวกับ Gizmodo ในอีเมล “ครั้งนี้ ผมได้ค้นพบการแผ่รังสีแกมมาที่เชื่อว่ามีต้นกำเนิดจากสสารมืด โดยใช้วิธีใหม่ที่เน้นไปที่บริเวณรัศมี (โดยไม่รวมศูนย์กลางกาแลคซี) และข้อมูลล่าสุดจากดาวเทียม Fermi ที่สะสมมานานกว่า 15 ปี”

เป็นการค้นพบที่น่าสนใจ แต่ผู้เชี่ยวชาญที่เราพูดคุยด้วยยังไม่เชื่อ โดยเตือนว่าสัญญาณดังกล่าวอาจเป็นสัญญาณรบกวนจากจักรวาลที่เข้าใจผิดว่าเป็นสสารมืด หรือเป็นผลบวกลวงที่น่าหงุดหงิดอีกครั้ง

Totani เองเน้นย้ำว่ายังเร็วเกินไปที่จะบอกได้อย่างชัดเจนว่ารังสีแกมมาเหล่านี้มาจากสสารมืด แต่คุณสมบัติของมันบ่งชี้ว่าอาจเป็นเช่นนั้น จากการค้นพบของเขา ดูเหมือนว่าจะไม่เหมือนกับรังสีที่มาจากแหล่งดาราศาสตร์ทั่วไป “อย่างน้อยที่สุด มันแสดงถึงรังสีที่เป็นไปได้มากที่สุดจากสสารมืด ที่ทราบกันในปัจจุบัน” เขากล่าว

นักดาราศาสตร์เชื่อว่าสสารมืด มีอยู่จริงเนื่องจากไม่มีสสารที่สังเกตได้ในจักรวาลที่รู้จักสามารถอธิบายปรากฏการณ์แรงโน้มถ่วงบางอย่างได้ เช่น การหมุนของกาแลคซีที่เร็วกว่าที่คาดไว้ หรือข้อเท็จจริงที่ว่ากาแลคซีถูกยึดเข้าด้วยกันแน่นกว่าที่ควรจะเป็น

สสารมืด เป็นคำตอบทางทฤษฎีสำหรับปริศนาจักรวาลนี้ แต่ถ้ามันมีอยู่จริง อนุภาคของมันก็จะไม่ดูดซับ สะท้อน หรือปล่อยแสงอย่างแน่นอน หากเป็นเช่นนั้น นักดาราศาสตร์คงตรวจพบสสารที่มีมากมายนี้ไปนานแล้ว

WIMPs เหมาะสมกับคำอธิบายนั้นเป็นส่วนใหญ่ นักดาราศาสตร์เชื่อว่า WIMPs มีปฏิสัมพันธ์ผ่านแรงโน้มถ่วง แต่ปฏิสัมพันธ์ของพวกมันกับแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงนิวเคลียร์นั้นอ่อนเกินกว่าจะตรวจจับได้ อย่างไรก็ตาม เมื่อพวกมันชนกันตามทฤษฎีแล้ว พวกมันควรจะทำลายล้างและปล่อยรังสีแกมมาออกมา

นักวิจัยตามล่าหารังสีแกมมาเหล่านี้มาหลายปีแล้ว โดยมุ่งเป้าไปที่บริเวณต่างๆ ของทางช้างเผือกที่ดูเหมือนว่าสสารมืด จะมีความเข้มข้น เช่น ศูนย์กลางกาแลคซี การค้นหาเหล่านี้ว่างเปล่า ดังนั้น Totani จึงตัดสินใจมองหาที่อื่น โดยเฉพาะอย่างยิ่งบริเวณรัศมีของกาแลคซี

บริเวณที่ขยายออกไปเป็นทรงกลมโดยประมาณซึ่งล้อมรอบจานกาแลคซีของทางช้างเผือกนี้ประกอบด้วยดาวฤกษ์ ก๊าซ และอาจมีสสารมืด จำนวนมาก จากการวิเคราะห์การสังเกตการณ์ของดาวเทียม Fermi ในบริเวณรัศมี Totani ระบุการแผ่รังสีแกมมาพลังงานสูงที่สอดคล้องกับรูปร่างที่คาดไว้จากรัศมีสสารมืด

ช่วงความเข้มของการแผ่รังสีแกมมาที่เขาตรวจพบตรงกับที่นักดาราศาสตร์คาดว่าจะเห็นจากการทำลายล้างของ WIMP Totani ยังประเมินความถี่ของการทำลายล้าง WIMP จากความเข้มของรังสีแกมมาที่วัดได้ และสิ่งนี้ก็อยู่ในช่วงของการคาดการณ์ทางทฤษฎีเช่นกัน นั่นทำให้เกิดความเป็นไปได้ที่เขาอาจตรวจพบสัญญาณที่เกิดจาก WIMP สสารมืด

การค้นพบนี้เป็นกำลังใจให้ แต่ Totani และผู้เชี่ยวชาญคนอื่นๆ เตือนว่ารังสีแกมมาเหล่านี้ไม่ใช่หลักฐานที่ชัดเจน

“ปัญหาคือมีหลายวิธีในการสร้างรังสีแกมมา ทุกสิ่งตั้งแต่พัลซาร์ไปจนถึงสสารที่หมุนวนเข้าสู่หลุมดำไปจนถึงซูเปอร์โนวา” นักฟิสิกส์จาก Fermilab กล่าวกับ Gizmodo “ให้ตายสิ เรายังได้รับรังสีแกมมาจากดวงอาทิตย์เลย”

เจ้าหน้าที่ Fermilab ขอให้ Gizmodo งดเว้นจากการตั้งชื่อนักวิทยาศาสตร์ที่ให้คำพูดเหล่านี้

สิ่งที่ทำให้รังสีแกมมาที่ Totani ตรวจพบแตกต่างจากรังสีอื่นๆ ส่วนใหญ่คือพลังงานของมัน ซึ่งมีพลังงานโฟตอน 20 กิกะอิเล็กตรอนโวลต์ นักฟิสิกส์ Fermilab อธิบายว่านั่นคือ “ค่อนข้างหนักหน่วง” แต่ไม่ใช่เรื่องที่ไม่เคยได้ยิน “มีสิ่งที่ให้พลังงานสูงมากในอวกาศ และสิ่งที่ให้พลังงานสูงเหล่านั้นสามารถสร้างรังสีแกมมาพลังงานสูงได้”

ในขณะที่การแผ่รังสีแกมมาที่ Totani ตรวจพบดูเหมือนจะเข้ากับคำอธิบายของรังสีที่เกิดจากการทำลายล้างของ WIMP แต่ก็มีคำอธิบายที่เป็นไปได้อื่นๆ ที่ต้องตัดออกก่อน ตามที่นักฟิสิกส์ Fermilab อธิบาย สิ่งเหล่านี้อาจรวมถึงปรากฏการณ์พลังงานสูง เช่น การชนกันของดาวนิวตรอน หรือลมสุริยะที่แผ่ออกมาจากพัลซาร์ พวกเขาอธิบาย

การศึกษาเพิ่มเติมจะต้องตรวจสอบความถูกต้องของการสังเกตการณ์และการคำนวณของ Totani ด้วย “หลักฐานที่เด็ดขาดคือการตรวจจับรังสีแกมมาจากบริเวณอื่นๆ ของท้องฟ้าด้วยพารามิเตอร์สสารมืด เดียวกัน” Totani กล่าว “ผมหวังว่าผลลัพธ์เหล่านี้จะได้รับการตรวจสอบโดยการวิเคราะห์อิสระที่ดำเนินการโดยนักวิจัยคนอื่นๆ”

Dan Hooper ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัย Wisconsin-Madison และผู้อำนวยการ Wisconsin IceCube Particle Astrophysics Center ชี้ให้เห็นว่านักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ อีกหลายคนได้วิเคราะห์ข้อมูลจากดาวเทียม Fermi ที่ Totani ใช้ไปแล้ว และไม่มีใครตรวจพบการแผ่รังสีแกมมาส่วนเกินที่เขาทำได้

“ตอนนี้ มีการเลือกสิ่งที่แตกต่างกันบ้าง และฉันดีใจที่ผู้คนพยายามทำสิ่งต่างๆ ที่แตกต่างกัน แต่มันไม่ได้ทำให้ฉันมั่นใจมากนักว่านี่เป็นสัญญาณที่แท้จริงของสสารมืด” Hooper กล่าวกับ Gizmodo

ประการหนึ่ง Totani ไม่ได้มองหารังสีแกมมาที่ใดๆ ภายใน 10 องศาจากศูนย์กลางกาแลคซี แม้ว่าแนวทางนี้อาจให้ประโยชน์บางประการ การหลีกเลี่ยงศูนย์กลางกาแลคซีอาจทำให้การค้นพบสั่นคลอน เนื่องจากบริเวณนี้ของกาแลคซีของเราเป็นที่ที่นักฟิสิกส์คาดหวังว่าสัญญาณสสารมืด ส่วนใหญ่จะมาจากไหน Hooper อธิบาย

เขายังสงสัยว่าการแผ่รังสีแกมมาพลังงานสูงที่ Totani ตรวจพบอาจเป็นผลมาจากการวิเคราะห์ นี่อาจเป็นผลมาจากการใช้แบบจำลองพื้นหลังที่ดูดซับการแผ่รังสีมากเกินไปที่พลังงานต่ำ ทำให้เกิดภาพลวงตาของส่วนเกินพลังงานสูง

ประเด็นสำคัญคือ “สสารมืด หายากมาก ยากต่อการหาลักษณะเฉพาะ” นักฟิสิกส์ Fermilab กล่าว “ไม่มีใครควรเชื่อมันหากไม่มีหลักฐานที่ตรวจสอบซึ่งกันและกันหลายบรรทัด และนี่เป็นเพียงหนึ่งในนั้น”

ดังนั้น การค้นหาสสารมืด ยังคงดำเนินต่อไป ไม่ว่าการศึกษาในอนาคตจะยืนยันหรือบ่อนทำลายการค้นพบของ Totani หรือไม่ก็ตาม อย่างใดอย่างหนึ่งจะช่วยให้นักวิจัยปรับปรุงความเข้าใจของเราเกี่ยวกับสสารที่มองไม่เห็นซึ่งสร้างจักรวาลของเรา