ไขปริศนาวัตถุธรรมดาที่หายไปด้วย fast radio bursts

fast radio bursts คืออะไร และทำไมถึงกลายเป็นไฟฉายของจักรวาล

fast radio bursts หรือ FRB คือการปะทุคลื่นวิทยุพลังงานสูงช่วงสั้นมากจากกาแลคซีห่างไกล ซึ่งเชื่อมโยงกับดาวมฤตยูที่หมุนเร็วและมีสนามแม่เหล็กแรงจัดอย่างแมกนีตาร์ คลื่นเหล่านี้เดินทางผ่านแก๊สและฝุ่นระหว่างทางเป็นระยะทางหลายพันล้านปีแสง ทำให้สัญญาณดั้งเดิมถูกดัดแปลงและบันทึกลายเซ็นของสสารที่มันลอดผ่าน ช่วยให้เราใช้ FRB เป็นเหมือนไฟฉายจากหลังฉากส่องทะลุหมอกจักรวาล เพื่อวัดการกระจายตัวและความเป็นก้อนของวัตถุธรรมดาในเอกภพที่ตามหามานาน

เบื้องหลังการปะทุที่ยังไม่เข้าใจทั้งหมด นักดาราศาสตร์เริ่มมอง FRB ไม่ใช่แค่ความลึกลับ แต่เป็นเครื่องมือวัดโครงสร้างเอกภพที่ทรงพลังกว่าสิ่งที่เรามีอยู่ เพราะสสารส่วนใหญ่ไม่ส่องแสงเหมือนดาว การอาศัยคลื่นวิทยุที่หายวับในระดับมิลลิวินาทีจึงกลายเป็นวิธีที่กล้าลองและฉลาดมากในการไล่ล่าคำตอบว่าจักรวาลเก็บของธรรมดาไว้ที่ไหนกันแน่

สำมะโนจักรวาลจาก 69 FRB และคำตอบว่ามวลธรรมดาหายไปไหน

หัวใจของก้าวกระโดดครั้งนี้คือการใช้ fast radio bursts ที่ระบุตำแหน่งได้แม่นยำจำนวน 69 เหตุการณ์เป็นเหมือนไฟฉายต่อเนื่องยิงทะลุใยจักรวาล นักวิจัยนำโดย Liam Connor ตีพิมพ์ผลในวารสาร Nature Astronomy เมื่อวันที่ 16 มิถุนายน 2025 โดยประเมินว่าราว 76 เปอร์เซ็นต์ของวัตถุธรรมดาทั้งหมดซ่อนตัวอยู่ในสื่อระหว่างกาแลคซี หรือ intergalactic medium ซึ่งเบาบางและแตกตัวเป็นไอออนอย่างรุนแรง พร้อมค่าความไม่แน่นอนบวก 10 และลบ 11 จุดเปอร์เซ็นต์

สิ่งที่ผลนี้ตอกหน้าแนวคิดเดิมคือ มวลธรรมดาไม่ได้รวมอยู่ในกาแลคซีอย่างที่สัญชาตญาณมนุษย์มักคิด เพียง 9 เปอร์เซ็นต์เท่านั้นที่อยู่ในดาวและแก๊สเย็นภายในกาแลคซี อีก 15 เปอร์เซ็นต์กระจายอยู่ในฮาโลรอบกาแลคซี ส่วนที่เหลือจึงเป็นทะเลแก๊สแตกตัวที่เบากว่าหนึ่งในพันอนุภาคต่อหนึ่งลูกบาศก์เซนติเมตรและมีสภาพเป็นกลางต่ำกว่าหนึ่งในหนึ่งหมื่น ถ้าเอกภพคือเมืองใหญ่ สิ่งที่เราเคยมองเห็นชัดอาจเป็นแค่ตึกส่องไฟ แต่สสารส่วนใหญ่นั้นแผ่กระจายอยู่ในอากาศระหว่างตึกทั้งหมด

จากหมอกพลาสมาไกลโพ้นสู่แผนที่ cosmic matter distribution

คำเฉลยว่าจักรวาลเก็บวัตถุไว้ที่ไหนไม่ได้มาจากการถ่ายรูปสวยๆ แต่มาจากการอ่านเวลาหน่วงของคลื่นวิทยุ FRB เมื่อคลื่นวิทยุผ่านพลาสมาที่มีอิเล็กตรอนอิสระ ความถี่ต่ำจะถึงช้ากว่าความถี่สูง ขนาดของการหน่วงขึ้นกับจำนวนอิเล็กตรอนรวมตลอดเส้นทางที่คลื่นเดินทาง เราเรียกค่าพิเศษนี้ว่า dispersion measure ซึ่งเป็นตัวชี้ว่าตลอดทางมีแก๊สแตกตัวหนาแน่นแค่ไหน หมอกจักรวาลที่มองไม่เห็นจึงทิ้งรอยเท้าไว้ในรูปแบบเวลา มิใช่ในรูปภาพ

เพื่อแปลงค่านี้เป็นแผนที่ cosmic matter distribution นักดาราศาสตร์ต้องรู้ระยะทางของแต่ละ FRB โดยระบุว่าอยู่ในกาแลคซีเจ้าบ้านใดและวัด redshift จากการสังเกตในย่านแสง ทำให้เปรียบเทียบได้ว่าคลื่นเดินทางไกลเท่าไรและเจอพลาสมามากแค่ไหน พร้อมทั้งหักลบส่วนที่มาจากทางช้างเผือก กาแลคซีเจ้าบ้าน และฮาโลที่คั่นระหว่างทางออกก่อน แนวคิดนี้ไม่ใช่การนับอนุภาคทีละเม็ด แต่เป็นการชั่งน้ำหนักมวลรวมตามแนวยิงของคลื่น ซึ่งให้ภาพรวมที่เด็ดขาดกว่าเดิมว่าทะเลแก๊สระหว่างกาแลคซีต้องมีมวลมากเพียงใด

ปริศนาวัตถุธรรมดาที่หายไป และเกมยกเครื่องแบบจำลองจักรวาล

ก่อนจะมีการสำมะโนจาก FRB นักจักรวาลวิทยารู้อยู่แล้วจากการวัดเอกภพยุคต้นว่าควรมีวัตถุธรรมดาเท่าไร ทั้งจากการวิเคราะห์พื้นหลังไมโครเวฟและการคำนวณการสังเคราะห์ธาตุเบาหลังบิกแบง แต่เมื่อไล่นับมวลของดาว แก๊สเย็นในกาแลคซี และแก๊สร้อนในกระจุกกาแลคซี ผลรวมกลับต่ำกว่าที่คาดไว้มาก นำไปสู่ปริศนา “missing matter” ว่ามวลธรรมดาจำนวนมากหายไปไหน ซึ่งหลายคนคาดว่าซ่อนอยู่ในสื่อระหว่างกาแลคซีที่อุ่นถึงร้อนและเบาบางเกินจะตรวจจับให้ครบ

การแบ่ง 76 15 9 เปอร์เซ็นต์ที่ได้จาก FRB จึงเป็นแรงกดดันใหม่ต่อแบบจำลองการเกิดกาแลคซี หากแบบจำลองเก็บวัตถุธรรมดาไว้ในฮาโลมากเกินไปก็จะขัดกับสำมะโนเอกภพที่เพิ่งได้มา น่าสังเกตด้วยว่า FRB ไม่ได้ช่วยเฉพาะวัตถุธรรมดา แต่ยังถูกใช้สำรวจธรรมชาติของสสารมืด พลังงานมืด และมวลของนิวทริโน ซึ่งรวมกันถึง 95 เปอร์เซ็นต์ของงบประมาณพลังงานและมวลในจักรวาล ขณะที่วัตถุธรรมดาเป็นแค่ 5 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น การจัดงบประมาณมวลธรรมดาให้ลงตัวจึงเป็นพื้นฐานที่จำเป็นก่อนจะไปไล่ล่าโลกมืดส่วนที่เหลือ

อนาคตของ FRB observations และมุมมองใหม่ต่อโครงสร้างจักรวาล

แม้การวิเคราะห์จาก 69 FRB จะให้ภาพสำมะโนชัดที่สุดเท่าที่เคยมี แต่มันยังเป็นสถิติจากตัวอย่างขนาดพอประมาณที่มีค่าความไม่แน่นอนอยู่ นักวิจัยย้ำเองว่านี่คือการประมาณวัตถุธรรมดา ไม่ใช่การนับอนุภาคทีละเม็ด และยังต้องขยายจำนวนเส้นทางสายตาอีกมากเพื่อทดสอบผลลัพธ์กับช่วงระยะทาง ชนิดของกาแลคซี และสภาพพื้นหน้าในจักรวาลที่หลากหลาย อนาคตของ FRB observations จึงไม่ใช่แค่การแก้จิ๊กซอว์เดียว แต่คือการสร้างฐานข้อมูลเส้นทางคลื่นวิทยุจำนวนมหาศาล

การสำรวจด้วย FRB เตรียมได้รับแรงหนุนครั้งใหญ่ในปี 2029 เมื่อกลุ่มกล้อง Deep Synoptic Array เริ่มทำงานเต็มกำลังและคาดว่าจะตรวจพบ FRB หลายหมื่นเหตุการณ์ เป็นคลังข้อมูลทองคำสำหรับจักรวาลวิทยา พร้อมกับที่กลุ่มกล้องยุคใหม่จะให้เส้นทางที่ระบุตำแหน่งอย่างแม่นยำเป็นพันๆ เส้นทางทั่วฟ้า ถ้าการสำมะโนครั้งแรกบอกเราว่า 76 เปอร์เซ็นต์ของวัตถุธรรมดาแอบซ่อนอยู่ในแก๊สระหว่างกาแลคซี ผลจากคลังข้อมูลใหม่อาจบังคับให้เราเขียนตำราโครงสร้างจักรวาลกันใหม่อีกครั้ง ว่าเอกภพไม่ได้สร้างบ้านให้มวลอยู่ในดาว แต่ปล่อยให้มันล่องลอยเป็นทะเลแก๊สใสแผ่คลุมทุกสิ่ง