นักวิทยาศาสตร์ค้นพบสสารธรรมดาที่หายไปในจักรวาลโดยใช้คลื่นวิทยุระเบิดเร็ว

เป็นเวลาหลายทศวรรษที่นักดาราศาสตร์เผชิญกับปัญหาที่น่าสับสน คือสสารธรรมดาประมาณครึ่งหนึ่งของจักรวาลดูเหมือนจะหายไป ต่างจากสสารมืดลึกลับที่ประกอบเป็นมวลส่วนใหญ่ของจักรวาล สสารที่หายไปนี้เป็นสสารธรรมดาที่ประกอบเป็นดวงดาว ดาวเคราะห์ และมนุษย์ นักวิทยาศาสตร์รู้ว่าสสารเหล่านี้ต้องอยู่ที่ไหนสักแห่ง แต่มันกระจายตัวและจางเกินไปที่จะตรวจจับโดยตรงได้

การกระจายตัวของสสารในจักรวาล

• ตัวกลางระหว่างกาแล็กซี: 76% ของสสารธรรมดา
• รัศมีของกาแล็กซี: 15% ของสสารธรรมดา
• ภายในกาแล็กซี: ส่วนที่เหลือ 9% (ดาวฤกษ์และแก๊สเย็น)
• สสารธรรมดาทั้งหมด: เพียง 16% ของสสารทั้งหมดในจักรวาล
• สสารมืด: 84% ของสสารทั้งหมด (ยังคงไม่สามารถอธิบายได้)

วิธีการตรวจจับที่ก้าวล้ำเปลี่ยนแปลงทุกอย่าง

ทีมงานจาก Caltech และ Harvard ได้แก้ไขปริศนาของจักรวาลนี้โดยใช้เครื่องมือที่ไม่คาดคิด คือคลื่นวิทยุระเบิดเร็ว (FRBs) แสงวิทยุสั้นๆ ที่สว่างจ้าอย่างเหลือเชื่อจากกาแล็กซีที่อยู่ไกลเหล่านี้ทำหน้าที่เหมือนประภาคารของจักรวาล ส่องแสงให้เห็นสสารที่มองไม่เห็นซึ่งอยู่ระหว่างกาแล็กซีเหล่านั้นกับโลก เมื่อคลื่นวิทยุจากการระเบิดเหล่านี้เดินทางผ่านอวกาศ มันจะมีปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคตามเส้นทาง ทำให้แสงกระจายออกเป็นความยาวคลื่นต่างๆ เหมือนกับที่ปริซึมแยกแสงแดดเป็นสีรุ้ง

การอภิปรายในชุมชนเกี่ยวกับการค้นพบนี้เน้นย้ำถึงความแตกต่างที่สำคัญซึ่งหลายคนเข้าใจผิดในตอนแรก งานวิจัยนี้เกี่ยวข้องกับสสารธรรมดาโดยเฉพาะ ไม่ใช่สสารมืดซึ่งยังคงเป็นหนึ่งในปริศนาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของฟิสิกส์

การจำลองจักรวาลที่มีสีสันสดใส แสดงให้เห็นรูปแบบที่ซับซ้อนของสสารธรรมดาที่ถูกส่องแสงด้วย fast radio bursts ทั่วจักรวาล

การสำรวจขนาดใหญ่เผยให้เห็นการกระจายตัวที่แท้จริงของสสาร

ทีมวิจัยวิเคราะห์ FRBs ที่ระบุตำแหน่งได้อย่างแม่นยำ 69 ครั้ง โดยมีระยะทางตั้งแต่ประมาณ 11.74 ล้านปีแสงไปจนถึง 9.1 พันล้านปีแสง การระเบิดที่ไกลที่สุด FRB 20230521B ขณะนี้ถือสถิติเป็น FRB ที่ไกลที่สุดที่เคยตรวจพบ การระเบิดหลายครั้งถูกจับได้โดยใช้ Deep Synoptic Array-110 เครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุ 110 ตัวที่ออกแบบมาเพื่อตามล่าและระบุตำแหน่งแสงวาบของจักรวาลเหล่านี้โดยเฉพาะ

ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าสสารธรรมดา 76 เปอร์เซ็นต์อยู่ในพื้นที่กว้างใหญ่ระหว่างกาแล็กซี โดยมีเพียง 15 เปอร์เซ็นต์ในรัศมีของกาแล็กซี และส่วนที่เหลือเข้มข้นอยู่ภายในกาแล็กซี การกระจายตัวนี้ตรงกับสิ่งที่การจำลองคอมพิวเตอร์ทำนายไว้ แต่ไม่เคยสังเกตได้โดยตรงจนกระทั่งตอนนี้

คลื่นวิทยุระเบิดเร็ว (FRBs): การระเบิดของคลื่นวิทยุที่สั้นมากแต่ทรงพลังจากกาแล็กซีที่อยู่ไกล กินเวลาเพียงมิลลิวินาทีแต่ปล่อยพลังงานมหาศาล

ขนาดและขอบเขตของการศึกษา

• FRBs ทั้งหมดที่วิเคราะห์: 69 ครั้ง
• ช่วงระยะทาง: 11.74 ล้านถึง 9.1 พันล้านปีแสง
• สถิติสูงสุด: FRB 20230521B ( FRB ที่อยู่ไกลที่สุดที่ระยะ 9.1 พันล้านปีแสง)
• แหล่งที่มาของการตรวจจับ: 39 ครั้งจาก DSA-110 และ 30 ครั้งจากกล้องโทรทรรศน์ทั่วโลก

เกินกว่าสสารที่หายไป: เปิดแนวทางการวิจัยใหม่

การค้นพบนี้ทำมากกว่าแค่แก้ปริศนาสสารที่หายไป เทคนิคนี้เปิดวิธีใหม่ในการศึกษาโครงสร้างของจักรวาลและอาจช่วยกำหนดมวลของนิวตริโน อนุภาคเล็กๆ ที่ทฤษฎีบอกว่าควรจะไม่มีมวลแต่การสังเกตแสดงให้เห็นว่ามีน้ำหนักบ้าง การเข้าใจมวลของนิวตริโนอาจนำไปสู่ฟิสิกส์ใหม่ที่เกินกว่าแบบจำลองปัจจุบันของเรา

ความสำเร็จของวิธีการนี้ชี้ไปสู่อนาคตที่น่าตื่นเต้น กล้องโทรทรรศน์ DSA-2000 ที่ Caltech วางแผนไว้จะสามารถค้นหาและระบุตำแหน่ง FRBs ได้ถึง 10,000 ครั้งต่อปี ซึ่งจะขยายความสามารถของเราในการทำแผนที่สสารที่ซ่อนอยู่ในจักรวาลและสำรวจปริศนาที่ลึกซึ้งที่สุดอย่างมาก

อ้างอิง: Missing Matter in Universe Found