เราจะตามหา “หลุมดำ” ที่เก่าแก่ที่ทั้งเล็กและเก่าแก่ที่สุดในเอกภพได้อย่างไร

ถึงแม้ว่า “เอกภพ” ในวันนี้จะมี “หลุมดำ” อยู่มากมาย แต่ในความรู้ด้านเอกภพวิทยาปัจจุบัน เราแทบไม่เจอหลุมดำที่มีขนาดเล็กเลย ซึ่งการมีอยู่ของหลุมดำขนาดเล็กนั้นหมายถึงหลุมดำที่มีต้นกำเนิดแตกต่างจากหลุมดำที่เรารู้จักกัน และนั่นอาจจะหมายถึงหลุมดำที่มาจากยุคต้นกำเนิดของเอกภพ

ตามองค์ความรู้ของเราในปัจจุบัน หลุมดำเกิดดาวฤกษ์มวลมากที่สิ้นอายุขัยแล้วยุบตัวลงจนกลายสภาพเป็นหลุมดำ ซึ่งการเกิดขึ้นของหลุมดำอย่างที่เรารู้จักกันดีนั้นจะต้องเกิดจากดาวฤกษ์ที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ของเรา 8 เท่า ไม่เช่นนั้นการยุบตัวของดาวฤกษ์จะกลายเป็นเพียงดาวแคระขาวหรือดาวนิวตรอน

ในปัจจุบันเราไม่เคยพบหลุมดำที่มีขนาดเล็กกว่านี้ในอวกาศ แต่สำหรับสภาพแวดล้อมของอวกาศในอดีตในช่วงยุคแรกเริ่มของเอกภพ หลุมดำอาจจะมีขนาดเล็กและมีมวลเบากว่านี้ก็ได้ เนื่องจากช่วงเวลาที่เอกภพก่อกำเนิดมานั้นยังมีเอนโทรปีน้อย และเนื่องจากเอกภพนั้นขยายตัวเร็วกว่าการเคลื่อนที่ของแสงมาก ๆ สภาพแวดล้อมของเอกภพในเวลานั้นจึงจะแตกต่างจากปัจจุบันมาก พื้นที่ที่มีมวลเพียงเล็กน้อยก็อาจจะยุบตัวลงและกลายเป็นหลุมดำขนาดจิ๋ว นักเอกภพวิทยาจึงตั้งทฤษฎีว่ามีความเป็นไปได้ที่จะเกิดหลุมดำมวลจิ๋วเกิดขึ้นมากมาย

ตามทฤษฎีหลุมดำ เราคาดว่าหลุมดำนั้นจะค่อย ๆ สลายตัวและระเหยหายไปจากการที่มันปลดปล่อยสิ่งที่เรียกว่า “การแผ่รังสีฮอว์กิง” (Hawking Radiation) ซึ่งจากทฤษฎีนี้ หลุมดำขนาดเล็กที่เกิดขึ้นตั้งแต่ช่วงต้นกำเนิดของเอกภพคงไม่สามารถอยู่รอดจนถึงปัจจุบันได้ แต่ก็ไม่แน่ว่าเราอาจจะพบหลุมดำขนาดเล็กมีมวลเท่าโลกซึ่งอยู่รอดจากการระเหยในที่ใดที่หนึ่งในเอกภพ ซึ่งการค้นพบหลุมดำจิ๋วอาจจะเป็นเบาะแสสำคัญในการถอดความลับของการกำเนิดเอกภพยุคโบราณไปจนถึงการแก้ไขความเข้าใจในฟิสิกส์และเอกภพวิทยาที่เราใช้งานกันอยู่ในทุกวันนี้

แล้วเราจะตรวจจับหลุมดำขนาดเล็กเหล่านี้ได้อย่างไร เพราะเมื่อเทียบกันแล้วหลุมดำที่มีมวลเท่ากับโลกจะมีขนาดของขอบฟ้าเหตุการณ์ (Event Horizon) แค่เท่ากับประเทศสหรัฐอเมริกาเท่านั้นเองเมื่อเทียบกับเอกภพที่กว้างใหญ่ ซึ่งแน่นอนว่าต่อให้ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศที่ดีที่สุดอย่างเจมส์ เว็บบ์ ก็ยากที่จะค้นหา แต่เราสามารถค้นหาหลุมดำจิ๋วผ่านสิ่งที่เรียกว่ารอยย่นจากความโน้มถ่วงที่บิดเบือนกาลอวกาศได้

การมีอยู่ของมวลทุกมวลในอวกาศจะก่อให้เกิดการบิดเบี้ยวของกาลอวกาศขึ้นเสมอ เมื่อวัตถุที่มีมวลเคลื่อนที่ผ่านหน้าดาวฤกษ์พื้นหลังที่เรารู้จักตำแหน่งของมันอย่างดี กาลอวกาศบริเวณนั้นจะเกิดการบิดเบี้ยว ซึ่งเราสามารถรับรู้ความบิดเบี้ยวที่เกิดขึ้นนี้ได้

ขณะนี้มีกลุ่มนักดาราศาสตร์กำลังศึกษาข้อมูลจาก MOA (Microlensing Observations in Astrophysics) ซึ่งเป็นความร่วมมือที่ดำเนินการสังเกตการณ์วัตถุสร้างความบิดเบือนกาลอวกาศ โดยใช้หอดูดาว Mount John University ในนิวซีแลนด์ และ OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) ได้พบวัตถุที่มีมวลเท่ากับโลกจำนวนมากอย่างไม่คาดคิด

ผลจากการศึกษาพบว่ามีวัตถุมวลใกล้เคียงกับโลกลอยอยู่ในเอกภพมากกว่าที่แบบจำลองดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะของเราใช้งานกันในทุกวันนี้ทำนายไว้ ซึ่งนั่นหมายถึงอาจจะมีจุดบางจุดที่มีมวลมากกว่าโลกแต่เป็นหลุมดำขนาดจิ๋วก็เป็นไปได้

ศักยภาพในปัจจุบันกล้องโทรทรรศน์บนพื้นโลกยังไม่สามารถแยกแยะได้ว่าวัตถุที่สร้างความบิดเบือนนั้นคือดาวเคราะห์หรือหลุมดำจิ๋วกันแน่ ซึ่งนักเอกภพวิทยาศาสตร์ที่ทำงานวิจัยกันในด้านนี้กำลังรอการมาของกล้องโทรทรรศน์อวกาศแนนซี เกรซ โรมัน (Nancy Grace Roman Space Telescope) ของ NASA ที่จะมาพร้อมกับศักยภาพการแยกแยะความละเอียดที่มากกว่ากล้องโทรทรรศน์บนพื้นโลกถึง 10 เท่า ซึ่งไม่แน่ว่าข้อมูลใหม่ ๆ ที่กำลังจะได้จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศรุ่นใหม่ตัวนี้ของ NASA อาจจะสามารถแยกแยะจุดบิดเบือนในอวกาศและสามารถตอบได้ว่าวัตถุที่เรากำลังเห็นอยู่นี้คือหลุมดำจิ๋วจากช่วงเวลาเมื่อหลายหมื่นล้านปีก่อนก็เป็นไปได้

และเมื่อการค้นพบหลุมดำจิ๋วว่ามีตัวตนอยู่จริง ความรู้ด้านเอกภพวิทยาของเราจะมากขึ้นอย่างแน่นอน และเราอาจจะค้นพบสิ่งใหม่ ๆ ในโลกฟิสิกส์และดาราศาสตร์อีกมากมายจากองค์ความรู้ใหม่ ๆ ที่กำลังจะมาถึง

เรียบเรียงโดย จิรสิน อัศวกุล
พิสูจน์อักษร ศุภกิจ พัฒนพิฑูรย์

🎧 อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS  

ที่มาข้อมูล : NASA

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech