นักวิทย์เสนอโมเดลใหม่ ใช้คลื่นความโน้มถ่วงแกะรอย 'สสารมืด' รอบหลุมดำ

การค้นพบคลื่นความโน้มถ่วง (Gravitational Waves) เมื่อปี 2015 ถือเป็นการยืนยันความถูกต้องของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่ไอน์สไตน์ทำนายไว้ และเป็นการเปิดประตูบานใหญ่สู่วงการดาราศาสตร์ แต่ล่าสุด นักวิจัยจาก University of Amsterdam (UvA) กำลังจะพาเราก้าวไปอีกขั้น ด้วยการเสนอว่าคลื่นเหล่านี้อาจเป็นกุญแจดอกสำคัญในการไขปริศนาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดอย่างหนึ่งของจักรวาล นั่นคือการตามล่าหาตัวตนของ "Dark Matter" หรือสสารมืดครับ

งานวิจัยชิ้นนี้ตีพิมพ์ในวารสาร Physical Review Letters โดยทีมงานจากสถาบันฟิสิกส์ของ UvA ได้นำเสนอโมเดลการคำนวณแบบใหม่ที่ "อัปเกรด" ขึ้นจากเดิม แทนที่จะพึ่งพาฟิสิกส์นิวตันแบบง่ายๆ เหมือนงานวิจัยในอดีต พวกเขาเลือกใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (General Relativity) แบบเต็มสูบ เพื่อจำลองสถานการณ์ที่เรียกว่า Extreme Mass-Ratio Inspirals (EMRIs) หรืออธิบายง่ายๆ คือเหตุการณ์ที่วัตถุขนาดเล็ก (เช่น ดาวนิวตรอน) โคจรหมุนวนเข้าหาหลุมดำที่มีมวลมหาศาล

ที่น่าสนใจคือ ทีมวิจัยมุ่งเป้าไปที่การคำนวณว่า หากมีกลุ่มก้อนของ Dark Matter กระจุกตัวอยู่อย่างหนาแน่นรอบหลุมดำ (ในลักษณะที่เรียกว่า Spikes หรือ Mounds) แรงโน้มถ่วงของมันจะส่งผลกระทบต่อวงโคจรและ "บิดเบือน" สัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงที่ส่งออกมาอย่างไร ซึ่งโมเดลใหม่นี้ระบุว่า ร่องรอยเหล่านี้มีความชัดเจนพอที่เครื่องมือตรวจจับรุ่นใหม่จะสามารถแยกแยะได้ เป็นการเปลี่ยนคลื่นความโน้มถ่วงให้กลายเป็นเครื่องสแกนหาสสารมืดไปในตัว

นี่ไม่ใช่แค่ทฤษฎีบนกระดาษที่เขียนไว้เท่ๆ แต่เป็นการเตรียมความพร้อมสำหรับยุคทองของดาราศาสตร์ในอีกประมาณ 10 ปีข้างหน้า เมื่อองค์การอวกาศยุโรป (ESA) มีแผนจะส่ง Laser Interferometer Space Antenna (LISA) ขึ้นสู่อวกาศ ซึ่งเจ้าหอสังเกตการณ์ลอยฟ้านี้จะมีความละเอียดสูงมาก คาดว่าจะจับสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงได้นับหมื่นเหตุการณ์ และโมเดลการคำนวณนี้แหละจะเป็นคู่มือสำคัญในการแปลรหัสสัญญาณเหล่านั้น

ถ้าทฤษฎีนี้ใช้งานได้จริง เราอาจจะได้รู้กันสักทีว่าสสารที่ครองสัดส่วนกว่า 65% ของมวลจักรวาลแต่มองไม่เห็นด้วยตาเปล่านี้ แท้จริงแล้วมันคืออะไรกันแน่ หรือจริงๆ แล้วจักรวาลอาจจะแค่ซ่อนอะไรไว้ใต้พรมรอให้เราไปเปิดดู งานนี้ถ้าไอน์สไตน์ยังอยู่ คงได้ยิ้มมุมปากภูมิใจในทฤษฎีของตัวเองแน่ๆ