จักรวาลมีสสารมืดมากแค่ไหน?

สสารส่วนใหญ่ในจักรวาลไม่สามารถมองเห็นได้ แต่อิทธิพลของสสารที่มีต่อโครงสร้างที่ใหญ่ที่สุดในอวกาศสามารถมองเห็นได้

นักดาราศาสตร์ประเมินว่าประมาณ 85% ของสสารทั้งหมดในเอกภพเป็นสสารมืด หมายความว่ามีเพียง 15% ของสสารทั้งหมดที่เป็นสสารปกติ บัญชีสำหรับพลังงานมืด ชื่อที่นักดาราศาสตร์ตั้งขึ้นเพื่อการขยายตัวอย่างรวดเร็วของเอกภพ สสารมืดคิดเป็นประมาณ 27% ของพลังงานมวลทั้งหมดในเอกภพ อ้างอิงจากCERN(เปิดในแท็บใหม่)(องค์การเพื่อการวิจัยนิวเคลียร์แห่งยุโรป)

นักดาราศาสตร์มีเครื่องมือมากมายในการวัดปริมาณสสารทั้งหมดในเอกภพ และเปรียบเทียบกับปริมาณสสาร “ปกติ” (เรียกอีกอย่างว่า “แบริโอนิก”) เทคนิคที่ง่ายที่สุดคือการเปรียบเทียบสองการวัด

การวัดค่าแรกคือปริมาณแสงทั้งหมดที่ปล่อยออกมาจากโครงสร้างขนาดใหญ่ เช่น กาแล็กซี ซึ่งนักดาราศาสตร์สามารถใช้เพื่อสรุปมวลของวัตถุนั้นได้ การวัดครั้งที่สองคือปริมาณแรงโน้มถ่วงโดยประมาณที่จำเป็นในการยึดโครงสร้างขนาดใหญ่เข้าด้วยกัน เมื่อนักดาราศาสตร์เปรียบเทียบการวัดเหล่านี้กับกาแลคซีและกระจุกดาวต่างๆ ทั่วจักรวาล พวกเขาได้ผลลัพธ์เดียวกัน: มีสสารที่เปล่งแสงธรรมดาไม่เพียงพอที่จะอธิบายถึงปริมาณของแรงโน้มถ่วงที่จำเป็นต่อการยึดวัตถุเหล่านั้นไว้ด้วยกัน 

ดังนั้นจึงต้องมีสสารบางรูปแบบที่ไม่เปล่งแสง นั่นคือสสารมืด 

กาแล็กซีต่างๆ มีสัดส่วนของสสารมืดกับสสารปกติต่างกัน กาแลคซีบางแห่งแทบไม่มีสสารมืดเลย ในขณะที่กาแลคซีบางแห่งแทบไม่มีสสารปกติเลย แต่การวัดครั้งแล้วครั้งเล่าให้ผลลัพธ์เฉลี่ยที่เหมือนกัน: ประมาณ 85% ของสสารในเอกภพไม่ปล่อยหรือมีปฏิสัมพันธ์กับแสง

บาร์ยอนไม่เพียงพอ

มีวิธีอื่นอีกมากมายที่นักดาราศาสตร์สามารถตรวจสอบผลลัพธ์นี้ได้ ตัวอย่างเช่น วัตถุขนาดใหญ่ เช่น กระจุกกาแล็กซี จะบิดงอกาลอวกาศรอบๆ วัตถุนั้นมากจนทำให้เส้นทางของแสงที่ส่องผ่านโค้งงอ ซึ่งเรียกว่าเลนส์ความโน้มถ่วง จากนั้น นักดาราศาสตร์สามารถเปรียบเทียบปริมาณของมวลที่เรามองเห็นจากวัตถุที่เปล่งแสงกับมวลที่จำเป็นสำหรับการส่องเลนส์ ซึ่งพิสูจน์อีกครั้งว่ามวลพิเศษนั้นต้องซุ่มซ่อนอยู่ที่ไหนสักแห่ง

นักดาราศาสตร์ยังสามารถใช้การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อดูการเจริญเติบโตของโครงสร้างขนาดใหญ่ เมื่อหลายพันล้านปีก่อน เอกภพของเรามีขนาดเล็กกว่าที่เป็นอยู่ในปัจจุบันมาก ดาวฤกษ์และกาแล็กซีต้องใช้เวลาในการพัฒนา และหากจักรวาลต้องพึ่งพาสสารธรรมดาที่มองเห็นได้เท่านั้น เราจะไม่เห็นกาแล็กซีใดๆ ในปัจจุบัน การเติบโตของกาแลคซีต้องการ “สระว่ายน้ำ” สสารมืดสำหรับสสารปกติที่จะรวบรวมตามการบรรยายของ Joel Primack นักจักรวาลวิทยา(เปิดในแท็บใหม่)

ประการสุดท้าย นักจักรวาลวิทยาสามารถมองย้อนกลับไปเมื่อเอกภพมีอายุเพียง 12 นาที ซึ่งเป็นช่วงที่โปรตอนและนิวตรอนตัวแรกก่อตัวขึ้น นักจักรวาลวิทยาสามารถใช้ความเข้าใจของเราเกี่ยวกับฟิสิกส์นิวเคลียร์เพื่อประเมินปริมาณไฮโดรเจนและฮีเลียมที่เกิดขึ้นในยุคนั้น

การคำนวณเหล่านี้ทำนายอัตราส่วนของไฮโดรเจนต่อฮีเลียมในเอกภพปัจจุบันได้อย่างแม่นยำ พวกเขายังทำนายขีดจำกัดสัมบูรณ์ของปริมาณของสารแบริออนในเอกภพ และตัวเลขเหล่านั้นก็สอดคล้องกับการสังเกตของกาแลคซีและกระจุกดาวในยุคปัจจุบัน ตามที่นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ เน็ด ไรท์(เปิดในแท็บใหม่).

ทางเลือกแทนสสารมืด

อีกทางหนึ่ง สสารมืดอาจเป็นความเข้าใจผิดเกี่ยวกับทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของเรา ซึ่งเป็นไปตามกฎของนิวตันและทฤษฎีสัมพัทธภาพ ทั่วไปของไอน์สไต น์

นักดาราศาสตร์สามารถปรับแต่งทฤษฎีเหล่านั้นเพื่อให้คำอธิบายเกี่ยวกับสสารมืดในแต่ละบริบท เช่น การเคลื่อนที่ของดาวฤกษ์ภายในดาราจักร แต่ทางเลือกอื่นนอกเหนือจากแรงโน้มถ่วงไม่สามารถอธิบายการสังเกตสสารมืดทั่วทั้งจักรวาลได้ทั้งหมด 

หลักฐานทั้งหมดบ่งชี้ว่าสสารมืดเป็นอนุภาคบางชนิดที่ไม่รู้จัก มันไม่โต้ตอบกับแสงหรือสสารปกติ และรู้จักตัวเองผ่านแรงโน้มถ่วงเท่านั้น ในความเป็นจริง นักดาราศาสตร์คิดว่ามีอนุภาคของสสารมืดจำนวนหลายล้านล้านล้านที่ไหลผ่านตัวคุณในตอนนี้ นักวิทยาศาสตร์หวังว่าจะสามารถระบุตัวตนของส่วนประกอบลึกลับของเอกภพได้ในเร็วๆ นี้

หน้าแรก