สสารมืดคืออะไร

ในวิชาวิทยาศาสตร์ที่เรียนสมัยที่เรายังเป็นเด็กได้สอนเราทุกคนถึงพื้นฐานของสิ่งต่างๆ รอบตัว ซึ่งแบ่งได้เป็นสสารและพลังงาน สสารคือสิ่งที่มีมวล จึงต้องได้ ส่วนพลังงานคือสิ่งที่จับต้องไม่ได้ แต่มีอำนาจต่อสสาร ได้แก่พลังงานแสง พลังงานความร้อน เป็นต้น อย่างไรก็ดี สิ่งที่จับต้องได้หรือพลังงานที่เรารู้จักยังไม่ใช่ทั้งหมดของเอกภพ กว่า 95% ของเอกภพคือสิ่งที่เราไม่รู้จัก นักวิทยาศาสตร์มักตั้งชื่ออะไรที่พวกเขาไม่รู้จักว่า “มืด” หรือ “dark” สำหรับสิ่งที่ยังไม่มีใครรู้จักนั้น ก็แบ่งได้เป็น สสารที่ไม่รู้จัก และพลังงานที่ไม่รู้จัก เช่นกัน โดยสสารที่ไม่รู้จัก เรียกว่า สสารมืด (dark matter) มีอยู่ประมาณ 25% ของเอกภพ ส่วนพลังงานที่ยังไม่รู้จัก เรียกว่า พลังงานมืด (dark energy) มีอยู่ประมาณ 70% ของเอกภพ

สิ่งที่เรามองเห็นและสำรวจได้ในเอกภพเป็นเพียงแค่ส่วนน้อยเท่านั้น

     ในปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์เชื่อกันว่าสสารมืดเป็นกลไกสำคัญของการก่อตัวของแกแลกซีต่างๆ เช่นเดียวกับทางช้างเผือก มีการคำนวณโดยการนำ มวลของดาวทุกดวง หลุมดำทุกดวง รวมถึงหลุมดำมหึมาที่อยู่ใจกลาง ทั้งหมดที่อยู่ในทางช้างเผือกมาบวกรวมกัน พบว่ามวลรวมเหล่านั้นยังมีอำนาจโน้มถ่วงไม่มากพอที่จะทำให้ทางช้างเผือกก่อตัวและคงตัวเป็นรูปได้ เนื้อสารส่วนใหญ่ไม่ใช่แก๊สไฮโดรเจนอย่างที่พวกเราเคยเรียนมาในสมัยมัธยมปลาย หากแต่เป็นสสารมืด ผลคือสสารมืดช่วยเพิ่มมวลให้กับทางช้างเผือก จึงเป็นการช่วยเพิ่มอำนาจความโน้มถ่วงให้กับทางช้างเผือก ทำให้ดวงดาวต่างๆ ถือกำเนิดและสามารถคงอยู่เป็นระบบได้ หากไม่มีสสารมืดแล้ว กลุ่มแก๊สคงจะไม่มีโอกาสได้รวมตัวกันเป็นดาวฤกษ์ อาจไม่มีการก่อตัวของดวงอาทิตย์และระบบสุริยะ และมวลมนุษย์ก็จะไม่มีโอกาสได้ถือกำเนิดขึ้น

     คำว่า “มืด” ที่ตามหลังสสารมืด (และพลังงานมืด) นั้น ไม่ได้หมายความว่ามันเป็นสีดำหรือมองไม่เห็นด้วยตาเพียงอย่างเดียว มันยังมองไม่เห็นด้วยอุปกรณ์วัดต่างๆ ที่เทคโนโลยีของมนุษย์มีอยู่ในขณะนี้ เชื่อว่าพวกมันมีอยู่รอบๆ ตัวเรา เรากำลังแช่อยู่ในทะเลของสสารมืด มันทำให้ตัวเราและโลกมีมวลเพิ่มขึ้น แต่กลับไม่อาจจะวัดได้ด้วยเครื่องชั่งน้ำหนัก มันไม่ได้วิ่งชนเรา ไม่ได้ทำให้เราร้อนขึ้น และแน่นอนว่ามันไม่ได้ก่อให้เกิดวันสิ้นโลก พวกมันไม่ได้ยุ่งอะไรกับสิ่งใดทั้งสิ้น คำว่า “มืด” นี้จึงรวมความหมายของ การมองไม่เห็น การหลบซ่อนอยู่อย่างมิดชิด ความไม่รู้ ความยากที่จะรู้

     มีนักวิทยาศาสตร์หลายท่าน ทั้งทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ ทางฟิสิกส์เอกภพวิทยา และ ทางฟิสิกส์อนุภาค ให้ความสนใจต่อสสารมืด โดยหวังว่าสิ่งที่ได้เรียนรู้จากสสารมืดจะช่วยให้พวกเขาสามารถเรียบเรียงประวัติศาสตร์ของเอกภพได้อย่างสมบูรณ์ ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์รู้วิธีที่จะระบุว่าตรงไหนที่เป็นกระจุกสสารมืดขนาดใหญ่แล้ว วิธีหลักๆ คือ วัดการหมุนและการเคลื่อนที่ของแกแลกซีต่างๆ และ วัดการรวมแสงภายใต้ปรากฎการณ์เลนส์ความโน้มถ่วง ทำให้พวกเราค้นหาสสารมืดได้ดีในระดับหนึ่ง แต่อย่างไรก็ตามนักวิทยาศาสตร์ยังคงต้องการศึกษาสสารมืดในระดับอนุภาค เพื่อที่จะตอบคำถามที่ว่า สสารมืดมีสมบัติอย่างไร ส่วนประกอบที่เล็กที่สุดของสสารมืดคืออะไร มันใช่อนุภาคที่เรารู้จักในตารางอนุภาคหรือไม่

รูปแสดงปรากฎการณ์เลนส์ความโน้มถ่วง เมื่อแสงจากแหล่งกำเดินเคลื่อนผ่านกลุ่มของแกแลกซี ความโน้มถ่วงจะทำให้แสงเดินทางเป็นเส้นโค้ง คล้ายกับผ่านเลนส์นูน นักวิทยาศาสตร์พบว่า แสงเดินทางเป็นเส้นโค้งมากกว่าปกติ สิ่งที่เห็นยังหนักพอที่จะทำให้แสงโค้งมากแบบนั้น แสดงว่ามันต้องมีอะไรที่หนักมากรวมอยู่กับกลุ่มแกแลกซีด้วย สิ่งนั้นคือ กระจุกของสสารมืด

     วิธีการศึกษาสสารมืดที่เทคโนโลยีปัจจุบันทำได้คือการศึกษากระจุกของสสารมืด แต่ยังไม่สามารถตอบโจทย์เรื่องของสสารมืดในระดับอนุภาค มันยากมากที่จะศึกษาสสารมืดในระดับอนุภาค แต่ความยากกลับกลายเป็นความท้าทายในวงการวิทยาศาสตร์ ตอนนี้พวกเขาคงกำลังเฝ้าค้นหาศึกษาหาวิธีตรวจจับกระแสอนุภาคของสสารมืดจากท้องฟ้า และ อาจจะสร้างอนุภาคสสารมืดขึ้นมาได้โดยใช้เครื่องเร่งอนุภาค