“วงแหวนไอน์สไตน์” พิสูจน์ว่าสสารมืดคล้ายคลื่นมากกว่าอนุภาค

สสารมืดซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักถึง 85% ของสสารทั้งหมดในจักรวาล ยังคงเป็นปริศนาข้อใหญ่ของแวดวงวิทยาศาสตร์ที่จะต้องศึกษาค้นคว้ากันต่อไปอีกหลายปีว่า แท้จริงแล้วมันคืออะไรกันแน่

แต่ล่าสุดมีผลการศึกษาของทีมนักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยฮ่องกง (HKU) ซึ่งลงตีพิมพ์ในวารสาร Nature Astronomy ระบุว่าผลวิเคราะห์ภาพ “วงแหวนไอน์สไตน์” (Einstein Ring) ที่ปรากฏขึ้นกับกาแล็กซีหลายแห่งในห้วงอวกาศลึก ทำให้พิสูจน์ทราบได้ว่าสสารมืดที่อยู่โดยรอบกาแล็กซีดังกล่าว มีพฤติกรรมคล้ายกับจะเป็นคลื่นมากกว่าเป็นอนุภาค

วงแหวนไอน์สไตน์นั้นเกิดจากปรากฏการณ์เลนส์ความโน้มถ่วง (gravitational lens) ซึ่งมวลมหาศาลของหลุมดำหรือดาราจักร ทำให้ลำแสงที่เดินทางมาจากห้วงอวกาศลึกที่เป็นฉากหลังโค้งงอ จนเกิดการขยายภาพของฉากหลังให้ดูใหญ่ขึ้นและมีรูปทรงบิดเบี้ยวเป็นวงโค้ง ซึ่งในบางครั้งอาจมีภาพซ้ำซ้อนปรากฏขึ้นหลายภาพโดยเรียงตัวเป็นวงแหวนได้ ตามที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ทำนายไว้

ที่ผ่านมานักฟิสิกส์ทราบแล้วว่า สสารมืดที่เราไม่อาจมองเห็นนั้นเป็นตัวการยึดเหนี่ยวให้กาแล็กซีต่าง ๆ รวมตัวกันอยู่เป็นกลุ่มก้อน โดยมีการกระจายตัวของสสารมืดอยู่โดยรอบกาแล็กซีหรือกระจุกดาราจักรต่าง ๆ ซึ่งมวลหรือความโน้มถ่วงของมันสามารถทำให้เกิดภาพวงแหวนไอน์สไตน์ขึ้นได้ แต่เราก็ยังไม่ทราบชัดว่าที่แท้สสารมืดคืออนุภาคมูลฐานชนิดใดกันแน่

ปัจจุบันมีข้อสันนิษฐานที่เป็นไปได้มากที่สุดอยู่สองแนวทาง โดยข้อสันนิษฐานแรกคาดว่าสสารมืดอาจจะเป็นหนึ่งในอนุภาควิมป์ส (WIMPs) หรืออนุภาคมีมวลที่ทำอันตรกิริยาอย่างอ่อน ซึ่งวิมป์สจะแสดงพฤติกรรมแบบอนุภาค (particle) อย่างชัดเจน

ส่วนข้อสันนิษฐานประการที่สองคาดว่า สสารมืดนั้นเป็นอนุภาคน้ำหนักเบาที่เรียกว่าแอกซิออน (Axion) ซึ่งมีพฤติกรรมออกจะคล้ายกับคลื่น (wave) มากกว่าอนุภาคทั่วไป เนื่องจากมีการแทรกสอดเชิงควอนตัมเกิดขึ้น

ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยฮ่องกงจึงได้ทำการทดสอบ โดยใช้ข้อมูลการบิดโค้งของแสงในภาพวงแหวนไอน์สไตน์ที่มาจากวัตถุอวกาศเดียวกันหลาย ๆ ภาพ ป้อนให้กับแบบจำลองคอมพิวเตอร์ เพื่อดูว่าภาพวงแหวนที่จำลองออกมาในกรณีที่สสารมืดมีพฤติกรรมแบบอนุภาควิมป์ส กับภาพจำลองจากกรณีที่สสารมืดคืออนุภาคแอกซิออน แบบไหนจะใกล้เคียงกับภาพจริงที่บันทึกไว้โดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลมากกว่ากัน

ผลปรากฏว่าภาพจำลองวงแหวนจากกรณีที่สมมติให้สสารมืดคืออนุภาคแอกซิออน มีความใกล้เคียงกับภาพจริงจากกล้องโทรทรรศน์มากที่สุด ซึ่งเท่ากับเป็นการพิสูจน์ยืนยันว่า สสารมืดอาจเป็นอนุภาคแอกซิออนที่มีพฤติกรรมเหมือนคลื่นมากกว่าจะมีความคล้ายคลึงกับอนุภาคทั่วไป

ผลการทดลองนี้สอดคล้องกับงานวิจัยในอดีตหลายชิ้น ซึ่งพบหลักฐานบ่งชี้ว่าสสารมืดน่าจะเป็นอนุภาคแอกซิออนมากกว่าอย่างอื่น แต่อย่างไรก็ตาม นี่ยังไม่ใช่บทสรุปของการศึกษาตัวตนที่แท้จริงของสสารมืด ซึ่งจะต้องมีการค้นคว้ารวบรวมหลักฐานเพิ่มเติมกันอีกมากในอนาคต

หมายเหตุ : ข่าว บีบีซีไทย ที่เผยแพร่ในเว็บไซต์ประชาชาติธุรกิจ เป็นความร่วมมือของสององค์กรข่าว