การค้นพบ 'ดาวแคระมืด' อาจเปิดประตูสู่การถอดรหัสปริศนาของสสารมืด

DNVN - การศึกษาที่เพิ่งตีพิมพ์ใหม่แสดงให้เห็นว่า "ดาวแคระมืด" ลึกลับอาจให้เบาะแสสำคัญที่ช่วยชี้แจงธรรมชาติที่แท้จริงของสสารมืด ซึ่งถือเป็นปริศนาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของจักรวาลวิทยาสมัยใหม่

วัตถุท้องฟ้าประเภทใหม่ที่ถูกเสนอขึ้น เรียกว่า ดาวแคระมืด อาจกำลังซ่อนตัวอยู่ที่ใจกลางกาแล็กซีของเรา ดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อยและจางเหล่านี้อาจไม่ได้ใช้พลังงานจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน แต่เกิดจากการทำลายล้างอนุภาคสสารมืด ซึ่งอาจเผยให้เห็นธรรมชาติอันยากจะเข้าใจของหนึ่งในปริศนาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของจักรวาล (แนวคิดของศิลปิน) ที่มา: SciTechDaily

ทีมนักวิจัยจากสหราชอาณาจักรและฮาวายตีพิมพ์ในวารสาร Journal of Astrophysics and Nuclear Astrophysics โดยนำเสนอแนวคิดเรื่องดาวแคระมืดและอธิบายวิธีที่มนุษย์สามารถตรวจจับดาวแคระมืดได้โดยใช้อุปกรณ์ที่มีอยู่ ซึ่งรวมถึงกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ชื่อ "ดาวแคระมืด" ไม่ได้หมายถึงความมืดโดยเนื้อแท้ แต่หมายถึงความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับสสารมืด ซึ่งเป็นสสารที่ยังคงเป็นหัวใจสำคัญของฟิสิกส์ดาราศาสตร์และจักรวาลวิทยาในปัจจุบัน

“เราคิดว่า 25% ของจักรวาลประกอบด้วยสสารชนิดหนึ่งที่ไม่เปล่งแสง ทำให้มองไม่เห็นด้วยตาเปล่าและกล้องโทรทรรศน์ เราสามารถตรวจจับมันได้ผ่านแรงโน้มถ่วงของมันเท่านั้น นั่นคือเหตุผลที่เราเรียกมันว่าสสารมืด” ศาสตราจารย์เจเรมี แซกสไตน์ จากมหาวิทยาลัยฮาวาย ผู้ร่วมเขียนงานวิจัยอธิบาย

แม้ว่าการมีอยู่ของสสารมืดจะได้รับการยืนยันแล้ว และ นักวิทยาศาสตร์ ได้สังเกตพฤติกรรมของมัน แต่ธรรมชาติที่แท้จริงของมันยังคงเป็นปริศนา ตลอด 50 ปีที่ผ่านมา มีสมมติฐานมากมายที่ถูกเสนอขึ้น แต่ไม่มีสมมติฐานใดที่ได้รับการสนับสนุนจากข้อมูลการทดลองที่น่าเชื่อถือ งานวิจัยเช่นนี้มุ่งหวังที่จะนำเสนอวิธีการปฏิบัติจริงเพื่อเข้าใกล้คำตอบสุดท้าย

อนุภาคมวลมากอันตรกิริยาอ่อน (Weakly Interacting Massive Particles: WIMPs) ถือเป็นอนุภาคที่มีมวลมหาศาลและมีอันตรกิริยากับสสารธรรมดาน้อยมาก อนุภาคเหล่านี้สามารถทะลุผ่านทุกสิ่งได้โดยแทบไม่ถูกตรวจจับ ไม่เปล่งแสง ไม่ได้รับผลกระทบจากแรงแม่เหล็กไฟฟ้า จึงไม่สะท้อนแสงและมองไม่เห็น WIMPs สามารถตรวจจับได้โดยทางอ้อมผ่านอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงเท่านั้น และนี่ก็เป็นสสารมืดประเภทหนึ่งที่จำเป็นสำหรับการมีอยู่ของดาวแคระมืด

ภาพประกอบดาวแคระดำ ที่มา: ภาพที่สร้างโดยทีมงาน Sissa Medialab โดยใช้ Adobe Illustrator

“สสารมืดสามารถมีปฏิสัมพันธ์กับแรงโน้มถ่วงได้ จึงถูกกักขังโดยดวงดาวและสะสมอยู่ภายใน เมื่อเกิดเหตุการณ์เช่นนี้ขึ้น สสารมืดสามารถมีปฏิสัมพันธ์กับตัวเองและทำลายตัวเอง ปลดปล่อยพลังงานที่ทำให้ดวงดาวร้อนขึ้น” แซกสไตน์อธิบาย

ดาวฤกษ์ทั่วไป เช่น ดวงอาทิตย์ ส่องแสงผ่านปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันในแกนกลางของมัน เมื่อมีมวลมากพอที่แรงโน้มถ่วงจะบีบอัดสสารจนถึงจุดที่ก่อให้เกิดปฏิกิริยาระหว่างนิวเคลียสของอะตอม ปลดปล่อยพลังงานมหาศาลที่เรามองเห็นเป็นแสงออกมา ในทางกลับกัน ดาวแคระมืดก็ส่องแสงเช่นกัน แต่ไม่ได้ส่องแสงผ่านปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน

“ดาวแคระมืดมีขนาดเล็กมาก มีมวลเพียงประมาณ 8 เปอร์เซ็นต์ของมวลดวงอาทิตย์” แซกสไตน์กล่าว มวลที่ต่ำเช่นนี้ไม่เพียงพอที่จะก่อให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชัน ดังนั้น วัตถุเหล่านี้แม้จะพบได้ทั่วไปในจักรวาล แต่โดยปกติจะเปล่งแสงจางๆ จากพลังงานที่เกิดจากการยุบตัวเนื่องจากแรงโน้มถ่วงเพียงเล็กน้อย และถูกเรียกว่าดาวแคระน้ำตาล

อย่างไรก็ตาม เมื่อดาวแคระน้ำตาลอยู่ในภูมิภาคที่อุดมไปด้วยสสารมืด เช่น ใจกลางทางช้างเผือก ดาวแคระน้ำตาลก็สามารถแปรสภาพเป็นรูปแบบอื่นได้ “วัตถุเหล่านี้สะสมสสารมืด ทำให้มันกลายเป็นดาวแคระดำ” แซกสไตน์เน้นย้ำ “ยิ่งมีสสารมืดอยู่รอบๆ มากเท่าไหร่ พวกมันก็ยิ่งสะสมมากขึ้นเท่านั้น และยิ่งสสารมืดสะสมมากเท่าไหร่ พวกมันก็ยิ่งสามารถสร้างพลังงานจากการทำลายล้างได้มากขึ้นเท่านั้น”

แต่ทฤษฎีทั้งหมดนี้ใช้ได้กับสสารมืดบางประเภทเท่านั้น “เพื่อให้ดาวแคระมืดมีอยู่จริง สสารมืดต้องประกอบด้วย WIMP หรืออนุภาคมวลมหาศาลใดๆ ที่สามารถมีปฏิสัมพันธ์กับตัวเองเพื่อสร้างสสารที่มองเห็นได้” แซกสไตน์กล่าว ทฤษฎีอื่นๆ เช่น แอกซอน นิวตริโนที่ปราศจากเชื้อ หรืออนุภาคอัลตราไลท์จางๆ มีน้ำหนักเบาเกินกว่าจะสร้างปรากฏการณ์ที่ต้องการได้ มีเพียงอนุภาคมวลมหาศาลที่สามารถมีปฏิสัมพันธ์และสลายตัวเป็นพลังงานที่มองเห็นได้เท่านั้นที่จะให้พลังงานเพียงพอสำหรับดาวแคระมืด

แต่เพื่อให้สมมติฐานนี้เป็นจริง จำเป็นต้องมีวิธีการเฉพาะสำหรับการระบุดาวแคระมืด ดังนั้น Sakstein และเพื่อนร่วมงานจึงเสนอสัญลักษณ์: ลิเธียม-7 ซึ่งเป็นธาตุที่เผาไหม้อย่างรวดเร็วในดาวฤกษ์ปกติและหายไปอย่างรวดเร็ว “หากคุณพบวัตถุที่ดูเหมือนดาวแคระมืด คุณสามารถตรวจสอบร่องรอยของลิเธียม-7 ได้ หากยังคงปรากฏอยู่ แสดงว่ามันไม่ใช่ดาวแคระน้ำตาลหรืออะไรทำนองนั้น” Sakstein อธิบาย

เชื่อกันว่าอุปกรณ์สมัยใหม่อย่างกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ สามารถตรวจจับวัตถุที่เย็นจัดอย่างเช่นดาวแคระมืดได้ ซัคสไตน์เสนอแนวทางที่แตกต่างออกไปว่า “อีกทางเลือกหนึ่งคือการพิจารณาประชากรทั้งหมด แล้วจึงสอบถามทางสถิติว่าควรรวมประชากรดาวแคระมืดเพิ่มเติมเข้าไปด้วยหรือไม่ เพื่ออธิบายลักษณะเฉพาะของดาวแคระมืดได้ดียิ่งขึ้น”

หากนักวิทยาศาสตร์ค้นพบดาวแคระมืดหนึ่งดวงหรือมากกว่านั้นในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า นั่นจะเพียงพอที่จะสนับสนุนสมมติฐานที่ว่าสสารมืดประกอบด้วย WIMP หรือไม่? “ค่อนข้างชัดเจน” แซกสไตน์ตอบ “สำหรับสสารมืดที่มีมวลเบา เช่น แอกซิออน ผมไม่คิดว่าเราจะพบอะไรที่ดูเหมือนดาวแคระมืด พวกมันไม่ได้สะสมตัวอยู่ภายในดาวฤกษ์ หากเราพบดาวแคระมืด นั่นจะเป็นหลักฐานที่ชัดเจนว่าสสารมืดมีมวลมากและมีปฏิสัมพันธ์กับตัวเองอย่างมาก แต่กับแบบจำลองมาตรฐานจะมีปฏิสัมพันธ์เพียงเล็กน้อย ซึ่งรวมถึง WIMP และแบบจำลองที่แปลกใหม่อื่นๆ ด้วย”

อย่างไรก็ตาม เขายังสังเกตด้วยว่าการค้นพบดาวแคระมืดไม่ได้หมายความว่าสสารมืดจะเป็น WIMP เสมอไป แต่อาจเป็น WIMP หรือสสารรูปแบบอื่นที่มีพฤติกรรมใกล้เคียงกับ WIMP ก็ได้

หากสมมติฐานนี้ได้รับการยืนยัน ก็จะเปิดทิศทางการวิจัยใหม่ๆ ที่อาจช่วยไขความลึกลับที่ยิ่งใหญ่ที่สุดประการหนึ่งของจักรวาลได้

ลาเค (อ้างอิงจาก SciTech Daily)

ที่มา: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/phat-hien-sao-lun-toi-co-the-mo-canh-cua-giai-ma-bi-an-vat-chat-toi/20250905082132203