สสารมืดอาจคลี่คลายได้ด้วยหลุมดำโบราณ

 

ทฤษฎีทางเลือกบอกว่า สสารมืดอาจเป็นหลุมดำบรรพกาล(primordial black holes) ซึ่งก่อตัวขึ้นไม่นานหลังจากเอกภพถือกำเนิดขึ้น

     หลุมดำมวลมหาศาลก่อตัวได้อย่างไร อะไรคือสสารมืด ในแบบจำลองทางเลือกที่อธิบายว่าเอกภพมีความเป็นมาอย่างไร เมื่อเทียบกับประวัติความเป็นมาของเอกภพในตำราเรียน นักดาราศาสตร์ทีมนึ่งได้เสนอว่าปริศนาทั้งสองอย่างอาจจะอธิบายได้จากสิ่งที่เรียกว่า หลุมดำบรรพกาล

     จากการตรวจสอบสสารปกติในเอกภพ มันไม่ได้มีมากพอที่จะส่งผลให้เกิดผลจากแรงโน้มถ่วงตามที่เราได้เห็น แล้วมวลส่วนที่เหลือจะเป็นอะไรก็ตาม ก็ไม่ใช่สิ่งที่เราตรวจจับได้โดยตรง(โดยรวมแล้ว มีสสารปกติเพียง 15% และอีก 85% เป็นสสารมืด) และความพยายามเพื่อบอกว่าสสารที่เหลือจะเป็นอะไรก็ทั้งยุ่งยากและฟุ่มเฟือยความพยายาม สสารส่วนที่เป็นปริศนานี้ถูกเรียกว่า สสารมืด และก็มีทฤษฎีอธิบายหลายงาน

     Nico Cappelluti จากมหาวิทยาลัยไมอามี, Günther Hasinger จากผู้อำนวยการส่วนวิทยาศาสตร์อีซา และ Priyamvada Natarajan จากมหาวิทยาลัยเยล ได้บอกว่าหลุมดำปรากฏขึ้นหลังจากการเริ่มต้นของเอกภพ และหลุมดำบรรพกาล(primordial black holes) เหล่านี้เองก็เป็นสสารมืดที่ยังอธิบายตัวตนไม่ได้ การศึกษานี้จะเผยแพร่ใน Astrophysical Journal รายงานใหม่นี้เป็นการปัดฝุ่นทฤษฎีที่เสนอเป็นครั้งแรกในทศวรรษ 1970 โดย Stephen Hawking และ Bernard Carr

      หลุมดำที่มีขนาดต่างๆ กันยังคงเป็นปริศนา เราไม่เข้าใจว่าหลุมดำมวลมหาศาล(supermassive black holes) จะเจริญได้พรวดพราดอย่างมากในช่วงเวลาอันสั้นที่มีนับตั้งแต่ที่เอกภพปรากฏขึ้นได้อย่างไร Hasinger อธิบาย ในอีกปลายด้านหนึ่ง ก็มีหลุมดำขนาดเล็กมากๆ ซึ่งดาวเทียมไกอา(Gaia) ได้พบ ถ้าพวกมันมีอยู่จริง ก็ยังเล็กเกินกว่าจะก่อตัวขึ้นจากดาวฤกษ์ที่แตกดับ

     การศึกษาของเราแสดงว่าโดยที่ไม่ต้องเพิ่มอนุภาคใหม่ๆ หรือฟิสิกส์ใหม่ๆ เข้าไป เราก็สามารถไขปริศนาเอกภพวิทยายุคใหม่ได้ตั้งแต่ธรรมชาติของสสารมืดเอง จนถึงกำเนิดของหลุมดำมวลมหาศาล Cappelluti กล่าว

     ถ้าหลุมดำบางส่วนก่อตัวขึ้นทันทีหลังจากบิ๊กแบง พวกมันก็อาจจะเริ่มต้นควบรวมกันได้ในเอกภพยุคต้น ก่อตัวเป็นหลุมดำที่มีขนาดใหญ๋ขึ้นเรื่อยๆ เมื่อเวลาผ่านไป นี่ยังน่าจะไขปริศนาที่มีมานานว่าเพราะเหตุใดมวลของกาแลคซีแห่งหนึ่งจึงมักจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับมวลของหลุมดำยักษ์ในใจกลาง และกระทั่งว่าหลุมดำบรรพกาลอาจจะช่วยอธิบายการแผ่รังสีอินฟราเรดที่มีสูงอย่างน่าประหลาดใจในเอกภพ ทีมบอกว่า หลุมดำบรรพกาลที่เจริญเติบโตก็น่าจะสร้างสัญญาณอินฟราเรดนี้ นี่เป็นเหมือนการยิงกระสุนนัดเดียวได้นกหลายตัว  

หลุมดำบรรพกาล(primordial black holes) อาจก่อตัวขึ้นในสภาพแวดล้อมที่มีความหนาแน่นสูงมากจนเกิดการยุบตัวลง ในเอกภพยุคต้น

     หอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงในอวกาศของอีซาในอนาคต LISA น่าจะพบสัญญาณการควบรวมเหล่านี้ได้ถ้ามีหลุมดำบรรพกาลอยู่จริง หลุมดำขนาดเล็กก็อาจเป็นแค่หลุมดำบรรพกาลที่ยังไม่ได้ควบรวมกลายเป็นหลุมดำขนาดใหญ่ขึ้น

     จากแบบจำลองนี้ เอกภพควรจะเต็มไปด้วยหลุมดำ ดาวก็น่าจะเริ่มก่อตัวขึ้นรอบๆ กลุ่ม “สสารมืด” เหล่านี้, สร้างระบบสุริยะและกาแลคซีตลอดช่วงหลายพันล้านปี ถ้าปรากฏว่าดาวดวงแรกๆ ก่อตัวขึ้นรอบหลุมดำบรรพกาล พวกมันก็น่าจะมีอยู่ในเอกภพได้เร็วกว่าที่มาตรฐานมาตรฐานคาดไว้ Natarajan กล่าวว่า หลุมดำบรรพกาลถ้ามีอยู่จริง ก็น่าจะเป็นเมล็ดพันธุ์ให้หลุมดำทั้งหมดก่อตัวขึ้น ซึ่งรวมทั้งหลุมดำที่ใจกลางทางช้างเผือกด้วย

    ปฏิบัติการยูคลิด(Euclid) ของอีซา จะสำรวจเอกภพมืดด้วยรายละเอียดที่สูงกว่าที่เคยทำมา น่าจะแสดงบทบาทในความพยายามที่จะจำแนกหลุมดำบรรพกาลในฐานะว่าที่สสารมืด กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ จะเป็นเครื่องย้อนเวลาในอวกาศกลับไปได้มากกว่า 1.3 หมื่นล้านปี ซึ่งจะช่วยเปิดช่องสู่ปริศนานี้ได้เพิ่มเติมขึ้น ถ้าดาวฤกษ์และกาแลคซีแห่งแรกๆ ได้ก่อตัวขึ้นเรียบร้อยแล้วในช่วงเวลาที่เรียกว่า ยุคมืด เวบบ์ก็น่าจะได้เห็นหลักฐานการมีอยู่ของพวกมัน Hasinger กล่าว

 

แหล่งข่าว esa.int : did black holes form immediately after the Big Bang?  
                sciencealert.com : exciting new paper tests a dark matter and black hole prediction made by Hawking