การกำเนิดเอกภพของจักรวาล

การวิจัยชี้ให้เห็นว่า "ปัญหาความซุ่มซ่าม" ซึ่งมีศูนย์กลางอยู่ที่การกระจายตัวของสสารในปริมาณมากทั่วทั้งเอกภพโดยไม่คาดคิด อาจเป็นสัญญาณว่าสสารมืดประกอบด้วยอนุภาคสมมุติที่เบามากที่เรียกว่า axions ความหมายของการพิสูจน์การมีอยู่ของแกนที่ตรวจจับได้ยากนั้นขยายออกไปเกินกว่าจะเข้าใจสสารมืดและสามารถตอบคำถามพื้นฐานเกี่ยวกับธรรมชาติของเอกภพได้ "หากได้รับการยืนยันจากการสังเกตด้วยกล้องโทรทรรศน์ในอนาคตและการทดลองในห้องแล็บ การค้นพบสสารมืดตามแนวแกนจะเป็นหนึ่งในการค้นพบที่สำคัญที่สุดของศตวรรษนี้" Keir Rogers ผู้เขียนนำ Dunlap Fellow จาก Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics in the Faculty of Arts & กล่าว วิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยโตรอนโต "ในขณะเดียวกัน ผลลัพธ์ของเราเสนอคำอธิบายว่าเหตุใดเอกภพจึงจับตัวเป็นก้อนน้อยกว่าที่เราคิด การสังเกตมีความชัดเจนมากขึ้นในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา และปัจจุบันทำให้ทฤษฎี จักรวาล ของเราไม่แน่นอน" สสารมืดซึ่งมีมวลถึงร้อยละ 85 ของเอกภพ มองไม่เห็นเพราะไม่มีปฏิกิริยากับแสง นักวิทยาศาสตร์ศึกษาผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงที่มีต่อสสารที่มองเห็นได้ เพื่อทำความเข้าใจว่ามันกระจายตัวอย่างไรในเอกภพ ทฤษฎีชั้นนำเสนอว่าสสารมืดเกิดจากแกน ซึ่งอธิบายไว้ในกลศาสตร์ควอนตัมว่า "คลุมเครือ" เนื่องจากพฤติกรรมคล้ายคลื่นของพวกมัน แอกไอออนสามารถมีความยาวคลื่นมากกว่าดาราจักรทั้งหมด ความคลุมเครือนี้มีอิทธิพลต่อการก่อตัวและการกระจายตัวของสสารมืด ซึ่งอาจอธิบายได้ว่าทำไมเอกภพจึงจับตัวเป็นก้อนน้อยกว่าที่คาดการณ์ไว้ในเอกภพที่ไม่มีแกน การขาดความซุ่มซ่ามนี้ได้รับการสังเกตในการสำรวจกาแลคซีขนาดใหญ่ ซึ่งท้าทายทฤษฎีอื่นๆ ที่แพร่หลายว่าสสารมืดประกอบด้วยอนุภาคย่อยของอะตอมที่หนักและมีปฏิสัมพันธ์อย่างอ่อนที่เรียกว่าWIMP แม้จะมีการทดลองเช่น Large Hadron Collider แต่ก็ไม่พบหลักฐานที่สนับสนุนการมีอยู่ของ WIMP โรเจอร์สกล่าวว่า "ในทางวิทยาศาสตร์ เมื่อมีการค้นพบสิ่งใหม่ๆ และปัญหาเก่าๆ ก็จะได้รับการแก้ไข" สำหรับการศึกษานี้ ทีมวิจัยซึ่งนำโดย Rogers และสมาชิกในกลุ่มวิจัยของรองศาสตราจารย์ Renée Hložek ที่ Dunlap Institute และจาก University of Pennsylvania, Institute for Advanced Study, Columbia University และ King's College London ได้วิเคราะห์ การสังเกตการณ์แสงโบราณจากบิกแบง หรือที่เรียกว่า Cosmic Microwave Background (CMB) ซึ่งได้จากการสำรวจของ Planck 2018, Atacama Cosmology Telescope และ South Pole Telescope นักวิจัยเปรียบเทียบข้อมูล CMB เหล่านี้กับข้อมูลการจัดกลุ่มดาราจักรจาก Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) ซึ่งทำแผนที่ตำแหน่งของดาราจักรประมาณหนึ่งล้านแห่งในเอกภพใกล้เคียง โดยการศึกษาการกระจายตัวของดาราจักรซึ่งสะท้อนพฤติกรรมของสสารมืดภายใต้แรงโน้มถ่วง จากนั้น นักวิจัยได้ทำการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อทำนายการปรากฏของแสงโบราณและการกระจายของกาแลคซีในจักรวาลที่มีคลื่นสสารมืดยาว การคำนวณเหล่านี้สอดคล้องกับข้อมูล CMB จากบิ๊กแบงและข้อมูลการจัดกลุ่มกาแล็กซี ซึ่งสนับสนุนแนวคิดที่ว่าแกนคลุมเครือสามารถอธิบายถึงปัญหาความไม่เป็นระเบียบได้ การวิจัยในอนาคตจะเกี่ยวข้องกับการสำรวจขนาดใหญ่เพื่อทำแผนที่กาแลคซีหลายล้านแห่งและให้การวัดความยุ่งเหยิงที่แม่นยำ รวมถึงการสังเกตการณ์ในทศวรรษหน้าด้วยหอดูดาวรูบิน นักวิจัยหวังว่าจะเปรียบเทียบทฤษฎีของพวกเขากับการสังเกตสสารมืดโดยตรงผ่านเลนส์ความโน้มถ่วง ผลกระทบที่ความจับตัวเป็นก้อนของสสารมืดวัดได้จากค่าแสงที่โค้งงอจากกาแลคซีไกลโพ้น ซึ่งคล้ายกับแว่นขยายขนาดยักษ์ พวกเขายังวางแผนที่จะตรวจสอบว่ากาแลคซีขับก๊าซออกสู่อวกาศอย่างไร และสิ่งนี้ส่งผลต่อการกระจายตัวของสสารมืดอย่างไร เพื่อยืนยันผลลัพธ์ต่อไป การทำความเข้าใจธรรมชาติของสสารมืดเป็นหนึ่งในคำถามพื้นฐานที่เร่งด่วนที่สุดและเป็นกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจต้นกำเนิดและอนาคตของเอกภพ ปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์ไม่มีทฤษฎีเดียวที่อธิบายแรงโน้มถ่วงและกลศาสตร์ควอนตัมพร้อมกันได้ ซึ่งเป็นทฤษฎีของทุกสิ่ง ทฤษฎีที่ได้รับความนิยมมากที่สุดของทุกสิ่งในช่วงสองสามทศวรรษที่ผ่านมาคือทฤษฎีสตริง ซึ่งอยู่ต่ำกว่าระดับควอนตัมอีกระดับหนึ่ง ซึ่งทุกอย่างถูกสร้างขึ้นจากพลังงานที่กระตุ้นเหมือนสตริง จากข้อมูลของโรเจอร์ส การตรวจจับอนุภาคแอกไอออนแบบคลุมเครืออาจเป็นคำใบ้ว่าทฤษฎีสตริงของทุกอย่างถูกต้อง "ตอนนี้เรามีเครื่องมือที่สามารถช่วยให้เราเข้าใจบางสิ่งจากการทดลองเกี่ยวกับความลึกลับของสสารมืดที่มีอายุนับศตวรรษได้ในที่สุด แม้กระทั่งในทศวรรษหน้าหรือประมาณนั้น และนั่นอาจให้คำตอบแก่เราเกี่ยวกับคำถามทางทฤษฎีที่ใหญ่กว่านี้" โรเจอร์ส "ความหวังคือองค์ประกอบที่ทำให้งงของเอกภพสามารถแก้ไขได้"