นักวิทยาศาสตร์พบ “สสารมืด” อาจเคยร้อนระอุและเคลื่อนที่เร็วเท่าแสงในช่วงบิกแบง

สสารมืด (Dark Matter) ซึ่งเป็นสสารลึกลับที่มองไม่เห็นแต่เป็นองค์ประกอบสำคัญในการก่อรูปของเอกภพ อาจมีจุดเริ่มต้นที่น่าตื่นเต้นและรุนแรงกว่าที่เหล่านักวิทยาศาสตร์เคยคาดการณ์ไว้ตลอดหลายทศวรรษที่ผ่านมา

คณะนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยมินนิโซตา ทวินซิตีส์ สหรัฐอเมริกา ร่วมกับมหาวิทยาลัยปารีส-ซาแคล ประเทศฝรั่งเศส ได้ตีพิมพ์ผลงานวิจัยล่าสุดในวารสารวิชาการทางฟิสิกส์ชั้นนำอย่าง Physical Review Letters เมื่อเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2568 โดยเนื้อหาเป็นการท้าทายความเชื่อเดิมที่ว่าสสารมืดต้องมีสภาวะ "เย็น" มาตั้งแต่กำเนิด ผลการศึกษาใหม่ระบุว่าในความเป็นจริงแล้ว สสารลึกลับชนิดนี้อาจเคยมีอุณหภูมิที่ร้อนจัดและเคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสงในช่วงที่เอกภพเพิ่งถือกำเนิดขึ้น

ตามทฤษฎีทางจักรวาลวิทยากระแสหลักที่ใช้กันมานานหลายสิบปี นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าสสารมืดต้องมีคุณลักษณะ "เย็น" (Cold Dark Matter) หมายถึงมีการเคลื่อนที่ช้าตั้งแต่วินาทีที่มันแยกตัวออกจากรังสีที่หนาแน่นในเอกภพยุคแรก หรือที่เรียกกันว่ากระบวนการ "แช่แข็ง" (Freezing out) สาเหตุที่ต้องเชื่อเช่นนั้นเพราะหากอนุภาคสสารมืดเคลื่อนที่เร็วเกินไป พลังงานของมันจะขัดขวางการรวมตัวของมวลสาร ทำให้กาแล็กซีและโครงสร้างขนาดใหญ่ในอวกาศไม่สามารถก่อตัวขึ้นได้

อย่างไรก็ตาม ทีมวิจัยได้ศึกษาช่วงเวลาสำคัญที่เรียกว่า Post-inflationary reheating ซึ่งเป็นยุคหลังจากการขยายตัวอย่างรวดเร็วของเอกภพ (Cosmic inflation) โดยในช่วงเวลานี้เอกภพเต็มไปด้วยพลังงานและอนุภาคที่อัดแน่น ทีมงานได้แบบจำลองพฤติกรรมของสสารมืดที่เกิดขึ้นในช่วงเวลาดังกล่าวและพบว่า แม้สสารมืดจะถือกำเนิดมาในสภาวะที่ร้อนจัดและเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงยิ่งยวด (Ultrarelativistic) แต่พละกำลังที่มหาศาลนี้กลับค่อยๆ ลดลงตามการขยายตัวและอุณหภูมิที่เย็นลงของเอกภพ

ศาสตราจารย์คีธ โอลิฟ จากคณะฟิสิกส์และดาราศาสตร์ อธิบายเพิ่มเติมว่า ในอดีตเมื่อประมาณ 40 กว่าปีก่อน ทฤษฎีเรื่องสสารมืดแบบร้อนเคยถูกปัดตกไป เนื่องจากอนุภาคอย่าง "นิวทริโน" ที่เคลื่อนที่เร็วมากจะทำให้โครงสร้างของกาแล็กซีพังทลายแทนที่จะช่วยก่อตัว แต่การค้นพบครั้งนี้ชี้ให้เห็นว่า หากสสารมืดถูกสร้างขึ้นในช่วงเวลาที่เหมาะสมขณะเกิดบิกแบงพอดี มันจะมีเวลาเพียงพอที่จะระบายความร้อนและชะลอความเร็วลงจนกลายเป็น "สสารมืดแบบเย็น" ได้ทันเวลาก่อนที่กาแล็กซีแรกจะเริ่มก่อตัวขึ้น

การค้นพบนี้เปรียบเสมือนการเปิดหน้าต่างบานใหม่ไปสู่ยุคเริ่มต้นของเอกภพที่อยู่ใกล้กับจุดบิ๊กแบงมากที่สุด ช่วยให้ขอบเขตการค้นหาสสารมืดกว้างขวางขึ้นกว่าเดิม จากเดิมที่มุ่งเน้นเฉพาะอนุภาคที่เคลื่อนที่ช้าเพียงอย่างเดียว โดยในอนาคตทีมวิจัยวางแผนที่จะหาวิธีตรวจวัดอนุภาคเหล่านี้ผ่านเครื่องเร่งอนุภาค หรือการสังเกตการณ์ปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ในอวกาศลึกเพื่อพิสูจน์ทฤษฎีนี้ให้ชัดเจนยิ่งขึ้น ซึ่งจะช่วยให้เราเข้าใจความลับของสสารที่เป็นรากฐานของจักรวาลที่เราอาศัยอยู่ได้อย่างลึกซึ้ง

ข้อมูลอ้างอิง: Sci Tech Daily

• The Big Bang’s Biggest Mystery? Dark Matter May Have Been “Red Hot” at Birth