จักรวาลลึกลับส่วนใหญ่ซ่อนตัวอยู่ในเงามืด สิ่งที่เรียกว่าอะตอม “ธรรมดา” ซึ่งประกอบขึ้นเป็นโลกที่เราคุ้นเคยมากที่สุดคือการทำลายล้างของจักรวาล รูปแบบของวัสดุแปลกใหม่ที่ไม่ปรากฏชื่อซึ่งนักวิทยาศาสตร์เรียกว่าสสารมืดคิดว่าคิดเป็น 25% ของคอสมอส แต่สิ่งที่ไม่ใช่อะตอมรูปแบบแปลก ๆ นี้คิดว่าเป็นสารที่ก่อให้เกิดกาแลคซีแรกที่เต้นรำในจักรวาลโบราณ? มีการเสนอทฤษฎีหลายทฤษฎีในช่วงหลายปีที่ผ่านมา แต่ยังไม่มีการระบุเอกลักษณ์ของวัสดุแปลกใหม่ที่เป็นเงา ในเดือนตุลาคม 2019 ทีมนักดาราศาสตร์ได้เสนอคำอธิบายใหม่ว่าสสารมืดนั้น “คลุมเครือ” จริงๆ

ไม่นานหลังจากการกำเนิดบิ๊กแบงของเอกภพประมาณ 13.8 พันล้านปีก่อนอนุภาคของสสารมืดจะรวมตัวกันเพื่อสร้างกลุ่มก้อนภายใน “รัศมี” แรงโน้มถ่วง กลุ่มก้อนดังกล่าวดึงกลุ่มเมฆก๊าซโดยรอบเข้าสู่แกนกลางซึ่งจะค่อยๆเย็นตัวลงและรวมตัวเป็นดาราจักรกลุ่มแรก แม้ว่าสสารมืดจะถือเป็น “กระดูกสันหลัง” ของโครงสร้างขนาดใหญ่ของจักรวาล แต่นักวิทยาศาสตร์ก็ไม่ค่อยรู้เกี่ยวกับตัวตนที่แท้จริงของมัน สารเงานี้เก็บความลับได้ดี

อย่างไรก็ตามทีมนักวิทยาศาสตร์จาก MIT, Princeton และ University of Cambridge ได้เสนอการค้นพบใหม่ของพวกเขาว่าจักรวาลดั้งเดิมและกาแลคซีแห่งแรกจะมีลักษณะแตกต่างกันมากขึ้นอยู่กับลักษณะที่แท้จริงของวัสดุลึกลับที่ลึกลับและมองไม่เห็นสิ่งที่มืดมองไม่เห็นหรือโปร่งใสเพราะมันไม่ได้ทำปฏิกิริยากับสสารปรมาณู “ธรรมดา” ยกเว้นผ่านแรงโน้มถ่วง เป็นครั้งแรกที่ทีมงานได้จำลองการก่อตัวของกาแลคซีโบราณว่าจะมีลักษณะอย่างไรหากสสารมืด “คลุมเครือ” แทนที่จะเป็น “เย็น” หรือ “อบอุ่น”

ตามแบบจำลองที่ได้รับการยอมรับมากที่สุดสสารที่น่ากลัวคือ “เย็น” นั่นคือประกอบด้วยอนุภาคที่เคลื่อนที่ช้าซึ่งยกเว้นผลของความโน้มถ่วงห้ามเต้นรำกับอะตอม “ธรรมดา” ในทางตรงกันข้ามเชื่อกันว่าสสารมืดที่ “อบอุ่น” มีน้ำหนักเบากว่าถ้าเป็น “เย็น” เล็กน้อยและด้วยเหตุนี้สสารมืดที่ “อบอุ่น” จะมีน้ำหนักเบากว่าด้วย

สสารมืดเลือนเป็นแนวคิดที่ค่อนข้างใหม่ มันเป็นสิ่งที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงและหากมีสิ่งที่คลุมเครืออยู่ก็คิดว่าจะประกอบด้วยอนุภาคที่มีน้ำหนักเบาซึ่งแต่ละชิ้นมีมวลประมาณ 1 ในล้านของอิเล็กตรอน ในทางตรงกันข้ามมวลของ “เย็นที่” สสารมืดอนุภาคจะมากหนักชั่งในที่ประมาณ 10 ถึงครั้งที่ห้าพลังมากขึ้นขนาดใหญ่กว่าอิเล็กตรอน

ในการจำลองซูเปอร์คอมพิวเตอร์นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่าถ้าอนุภาคสสารมืด “เย็น” กาแลคซีในยุคดึกดำบรรพ์ที่ถือกำเนิดในเอกภพยุคแรกจะมีรูปร่างเป็นทรงกลมเกือบ ในทางตรงกันข้ามถ้าลักษณะของวัตถุแปลกใหม่ “เลือนราง” หรือ “อบอุ่น” จริงๆจักรวาลโบราณก็จะดูแตกต่างไปจากเดิมมาก ในกรณีนี้กาแลคซีจะถือกำเนิดขึ้นก่อนโดยมีเส้นใยคล้ายหาง ในคอสมอสสสารมืดที่ “คลุมเครือ” เส้นใยเหล่านี้จะมีลักษณะเป็นริ้ว ๆ เหมือนสายพิณไฟที่มีแสงดาว

เมื่อกล้องโทรทรรศน์ใหม่เข้ามาออนไลน์ด้วยความสามารถในการมองย้อนเวลากลับไปยังคอสมอสโบราณนักดาราศาสตร์อาจสามารถระบุได้โดยพิจารณาจากรูปแบบการก่อตัวของกาแลคซีไม่ว่าจะเป็นลักษณะของสิ่งมืดซึ่งประกอบด้วยเกือบ 85% ของสสารในคอสมอสนั้น “คลุมเครือ” แทนที่จะเป็น “อุ่น” หรือ “เย็น”

“กาแลคซีแรกในเอกภพยุคแรกอาจให้แสงสว่างว่าเรามีสสารมืดประเภทใดในปัจจุบันไม่ว่าเราจะเห็นรูปแบบของเส้นใยนี้และสสารมืดที่เลือนรางก็เป็นไปได้หรือไม่และเราสามารถแยกแยะแบบจำลองนั้นออกไปได้ พิมพ์เขียวสำหรับวิธีการทำเช่นนี้” ดร. มาร์คโวเกลสเบอร์เกอร์อธิบายในข่าวประชาสัมพันธ์ของ MIT 3 ตุลาคม 2019 เขาเป็นรองศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ที่Kavli Institute for Astrophysics and Space Researchของ MIT

นอกจากนี้ดร. โวเกลส์เบอร์เกอร์ยังเป็นผู้ร่วมเขียนบทความที่ปรากฏในวารสารPhysical Review Letters ฉบับวันที่ 3 ตุลาคม 2019 ร่วมกับผู้เขียนนำของบทความดร. ฟิลิปมอคซ์แห่งมหาวิทยาลัยพรินซ์ตันและดร. อนาสตาเซียฟิอัลคอฟจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ( ก่อนหน้านี้ของมหาวิทยาลัย Sussex)

ค้นหาต้นกำเนิดของเรา

แม้ว่าจะไม่ค่อยมีใครรู้เกี่ยวกับต้นกำเนิดของมัน แต่นักดาราศาสตร์ก็สามารถแสดงให้เห็นว่าสสารมืดมีบทบาทสำคัญในการกำเนิดกาแลคซีและกระจุกดาราจักรในจักรวาลโบราณ แม้ว่าจะไม่สามารถสังเกตได้โดยตรง แต่นักวิทยาศาสตร์ก็สราชภัฏสวนสุนันทาามารถตรวจจับสสารมืดได้เนื่องจากอิทธิพลของความโน้มถ่วงต่อวิธีการกระจายสสาร “ธรรมดา” ที่มองเห็นได้และการเคลื่อนที่ผ่านอวกาศ

เมื่อเกือบ 14 พันล้านปีก่อนจักรวาลถือกำเนิดขึ้นในฐานะซุปเล็ก ๆ ที่มีอนุภาคที่ร้อนจัดและอัดแน่นมากโดยทั่วไปเรียกว่า “ลูกไฟ” คอสมอสมีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ นับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา นักดาราศาสตร์มักกล่าวว่าจักรวาลส่วนใหญ่ของเราหายไปแล้วส่วนใหญ่ประกอบด้วยเนื่องจากเป็นสสารแปลกประหลาดที่เรียกว่าพลังงานมืดซึ่งทำให้งงงวยยิ่งกว่าสสารมืด โดยทั่วไปคิดว่าพลังงานมืดเป็นสมบัติของอวกาศที่ทำให้จักรวาลเร่งในการขยายตัว

การวัดล่าสุดชี้ให้เห็นว่าคอสมอสประกอบด้วยพลังงานมืดประมาณ 70% และสสารมืด 25% เปอร์เซ็นต์ที่น้อยกว่ามากของจักรวาล – เพียงประมาณ 5% เท่านั้นที่ประกอบด้วยสิ่งที่เรียกว่าอะตอม “ธรรมดา” ซึ่งเป็นวัสดุที่ระบุไว้ในตารางธาตุที่คุ้นเคย แม้ว่ามันจะเป็นขั้นตอนของขยะมูลฝอย แต่เรื่องปรมาณู “ธรรมดา” ก็ไม่ธรรมดาเพราะเป็นสิ่งของของดวงดาวและสิ่งมีชีวิตบนโลก มีเพียงไฮโดรเจนฮีเลียมและร่องรอยของลิเธียมเท่านั้นที่เกิดในบิ๊กแบง ดาวเหล่านี้ปรุงองค์ประกอบอะตอมที่เหลือทั้งหมดในการหลอมรวมนิวเคลียร์ที่ร้อนระอุร้อนระอุและร้อนระอุเตาเผา. เมื่อดาวฤกษ์เสียชีวิตพวกเขาโยนองค์ประกอบปรมาณูที่หลอมขึ้นใหม่เหล่านี้ออกไปในอวกาศซึ่งกลายเป็นวัสดุของโลกที่เราคุ้นเคย ธาตุเหล็กในเลือดหินใต้เท้าเหล็กในเลือดแคลเซียมในกระดูกน้ำที่คุณดื่มและอากาศที่คุณหายใจล้วนถูกสร้างขึ้นในหัวใจที่ร้อนรุ่มของดวงดาวในจักรวาล ปริมาณอะตอม “ธรรมดา” ค่อนข้างน้อย

นอกเหนือจากความลึกลับแล้วจักรวาลก็ดูเหมือนจะเหมือนกันทุกประการในทุกที่ที่เรามองไป มันแสดงลักษณะฟองฟองเหมือนกันในทุกทิศทางโดยมีเส้นใยขนาดมหึมาขนาดมหึมาที่ทอเข้าหากันเหมือนเอ็นของใยที่หมุนโดยแมงมุมยักษ์ที่มองไม่เห็น เส้นใยขนาดมหึมาของCosmic Webนี้ประกอบด้วยสสารมืดที่ยากจะเข้าใจและโครงสร้างสว่างไสวด้วยการจุดไฟของดวงดาวนับพันล้านดวงบนดวงดาวสุกใสนับพันล้านดวง เปลวไฟอันเจิดจ้าของแสงดาวเช่นเดียวกับเมฆก๊าซเรืองแสงแสดงให้เห็นถึงสิ่งที่เรามองไม่เห็นด้วยตามนุษย์ นี่เป็นเพราะวัตถุที่ยอดเยี่ยมเหล่านี้ติดตามเส้นใยที่มองไม่เห็นซึ่งประกอบด้วยสสารมืดที่น่ากลัวเส้นใยที่ตัวเองถูกขัดจังหวะด้วยขนาดใหญ่สีดำมากและโพรงช่องว่าง เดอะวอยด์ตรงกันข้ามกับฟิลาเมนต์มีเพียงกาแลคซีที่มีประชากรเบาบาง

เมื่อนักวิทยาศาสตร์กล่าวถึงเอกภพที่ “สังเกตได้” จริง ๆ แล้วพวกเขาอ้างถึงพื้นที่ที่มีขนาดค่อนข้างเล็กของกาลอวกาศที่สามารถสังเกตเห็นได้ซึ่งเป็นสิ่งที่เรามองเห็นได้ จักรวาลส่วนใหญ่ตั้งอยู่ไกลเกินกว่าที่เรียกว่าขอบฟ้าจักรวาล แสงที่ส่องมายังเราจากโดเมนอันห่างไกลที่ไม่อาจจินตนาการได้เหล่านั้นของจักรวาลไม่มีเวลาเพียงพอที่จะมาถึงเราตั้งแต่บิ๊กแบง นี่เป็นเพราะการขยายตัวของ Spacetime อย่างรวดเร็ว ไม่มีสัญญาณใดที่สามารถเดินทางได้เร็วกว่าแสงในสุญญากาศและสิ่งนี้กำหนดขีด จำกัด ความเร็วสากลซึ่งทำให้เราไม่สามารถสังเกตเห็นจักรวาลส่วนใหญ่ได้โดยตรงซึ่งตั้งอยู่เหนือเส้นขอบฟ้าของการมองเห็นของเรา แม้ว่าจะไม่มีสัญญาณใดที่สามารถเดินทางได้เร็วกว่าแสง แต่อวกาศก็สามารถทำได้