นักวิทย์ อาจสามารถไขปัญหา หลุมดำ ที่ “หายไป” ในจักรวาลได้
จักรวาลในยุคแรกมี หลุมดำ ขนาดจิ๋วน้อยกว่าที่เคยคิดไว้มากทำให้ต้นกำเนิดของสสารที่หายไปในจักรวาลของเรากลายเป็นปริศนาที่ยิ่งใหญ่ขึ้น การศึกษาวิจัยใหม่ ได้เสนอแนะว่าหลุมดำขนาดจิ๋วหรือหลุมดำดั้งเดิม (PBH) คือหลุมดำที่เชื่อกันว่าก่อตัวขึ้นในเสี้ยววินาทีแรกหลังบิ๊กแบง ตามทฤษฎีชั้นนำ
เอกฐานขนาดเท่าเหรียญสิบเซนต์เหล่านี้เกิดขึ้นจากบริเวณก๊าซหนาร้อนที่ยุบตัวลงอย่างรวดเร็วช่องว่างของกาลอวกาศที่มีความหนาแน่นไม่สิ้นสุดคือสิ่งที่นักฟิสิกส์หลายคนใช้อธิบายสสารมืดของจักรวาล ซึ่งเป็นสิ่งที่ลึกลับที่แม้จะมองไม่เห็นเลยแต่ก็ทำให้จักรวาลมีน้ำหนักมากกว่าที่สสารที่เรามองเห็นจะอธิบายได้
แม้ว่าสมมติฐานนี้จะเป็นที่นิยม แต่มีปัญหาใหญ่ประการหนึ่ง นั่นคือ เรายังไม่สามารถสังเกตหลุมดำดั้งเดิมได้โดยตรง ปัจจุบันการศึกษาวิจัยใหม่ได้เสนอคำอธิบายที่เป็นไปได้ว่าเหตุใดหลุมดำจึงไม่ก่อตัวขึ้น ซึ่งทำให้ปัญหามวลสารมืดในจักรวาลวิทยาแบบเปิดต้องถูกคาดเดากันอย่างกว้างขวางมากขึ้น
ตามการวิจัยจักรวาลยุคใหม่สามารถก่อตัวขึ้นได้หากมีหลุมดำดึกดำบรรพ์น้อยกว่าที่แบบจำลองก่อนหน้านี้ประมาณการไว้ นักวิจัยได้เผยแพร่ผลการวิจัยเมื่อวันที่ 29 พฤษภาคมในวารสาร Physical Review Letters “นักวิจัยหลายคนรู้สึกว่าหลุมดำดึกดำบรรพ์เหล่านี้อาจเป็นตัวการสำคัญที่ทำให้เกิดมวลสารมืด แต่จะต้องมีหลุมดำจำนวนมากพอที่จะตอบสนองทฤษฎีนั้นได้” เจสัน คริสเตียโน นักศึกษาระดับปริญญาตรีสาขาฟิสิกส์ทฤษฎีจากมหาวิทยาลัยโตเกียว
ซึ่งเป็นผู้เขียนหลัก กล่าวในแถลงการณ์ “หลุมดำเหล่านี้มีความน่าสนใจด้วยเหตุผลอื่นๆ ด้วย เช่น ตั้งแต่มีนวัตกรรมทางดาราศาสตร์คลื่นความโน้มถ่วงเมื่อไม่นานนี้ก็ได้มีการค้นพบการรวมตัวกันของหลุมดำคู่ซึ่งสามารถอธิบายได้หากมีหลุมดำคู่จำนวนมาก
แต่ถึงแม้จะมีเหตุผลที่ชัดเจนเหล่านี้สำหรับจำนวนที่คาดว่าจะมีมากมายเราก็ยังไม่ได้เห็นหลุมดำคู่โดยตรงและตอนนี้เราก็มีแบบจำลองที่น่าจะอธิบายได้ว่าทำไมจึงเป็นเช่นนั้น” จักรวาลเริ่มต้นเมื่อ 13,800 ล้านปีก่อนด้วยบิ๊กแบงส่งผลให้จักรวาลยุคใหม่ระเบิดออกด้านนอกเนื่องจากแรงที่มองไม่เห็นซึ่งเรียกว่าพลังงานมืด
เมื่อจักรวาลขยายตัว สสารธรรมดาซึ่งโต้ตอบกับแสงก็แข็งตัวอยู่รอบๆก้อนสสารมืดที่มองไม่เห็นจนเกิดเป็นกาแล็กซีแห่งแรกที่เชื่อมต่อกันด้วยโครงข่ายจักรวาลอันกว้างใหญ่ ปัจจุบัน นักจักรวาลวิทยาคิดว่าสสารธรรมดา สสารมืดและพลังงานมืดประกอบกันเป็นประมาณ 5%, 25% และ 70% ขององค์ประกอบของจักรวาลตามลำดับ
ในตอนแรก จักรวาลนั้นทึบแสงพลาสมาที่แสงไม่สามารถผ่านได้โดยไม่ถูกจับโดยสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากประจุที่เคลื่อนที่ อย่างไรก็ตาม หลังจากที่เย็นลงและขยายตัวเป็นเวลา 380,000 ปี พลาสม่าก็รวมตัวกันอีกครั้งเป็นสสารที่เป็นกลางในที่สุด ปล่อยคลื่นไมโครเวฟออกมา
ซึ่งกลายมาเป็นแสงแรกของจักรวาล หรือที่เรียกว่าไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล (CMB)
นักจักรวาลวิทยาได้ค้นหาหลุมดำในยุคแรกๆ เหล่านี้โดยการศึกษาภาพทารกแรกของจักรวาลนี้แต่จนถึงขณะนี้ยังไม่มีการค้นพบเลย
นักฟิสิกส์บางคนคิดว่ามีความเป็นไปได้ที่พวกเขาอาจยังไม่ค้นพบหลุมดำดั้งเดิมจำนวนมหาศาลที่จำเป็นต่อการอธิบายมวลสารมืดเพียงเพราะพวกเขายังไม่สามารถเรียนรู้วิธีการตรวจจับหลุมดำเหล่านี้ได้
แต่ด้วยการใช้แบบจำลองที่สร้างขึ้นจากกลศาสตร์ควอนตัมขั้นสูงที่เรียกว่าทฤษฎีสนามควอนตัมกับปัญหานี้นักวิจัยที่อยู่เบื้องหลังการศึกษาใหม่นี้ได้ข้อสรุปที่แตกต่างออกไป นั่นคือ เราไม่สามารถพบหลุมดำดั้งเดิมใดๆ ได้ เนื่องจากหลุมดำส่วนใหญ่ไม่มีอยู่จริงเชื่อกันว่าหลุมดำดั้งเดิมเกิดขึ้นจากการยุบตัวของคลื่นความโน้มถ่วงที่สั้นแต่แรงซึ่งกระเพื่อมไปทั่วจักรวาล จากการใช้แบบจำลองกับคลื่นเหล่านี้
นักวิจัยพบว่าการรวมคลื่นเหล่านี้เข้าด้วยกันอาจใช้เวลาน้อยกว่าที่ทฤษฎีอื่นๆ ประมาณการเพื่อสร้างโครงสร้างขนาดใหญ่ทั่วจักรวาล
และยิ่งจำเป็นต้องใช้คลื่นน้อยลงในการสร้างภาพขึ้นมาใหม่หลุมดำดั้งเดิมก็จะมีจำนวนน้อยลงเท่านั้น
“เชื่อกันอย่างกว้างขวางว่าการยุบตัวของคลื่นความยาวคลื่นสั้นแต่แรงในเอกภพยุคแรกคือสิ่งที่สร้างหลุมดำยุคดึกดำบรรพ์” คริสเตียโนกล่าว
“การศึกษาของเราชี้ให้เห็นว่าควรมี PBH น้อยกว่าที่จำเป็นมากหากพวกมันเป็นตัวเลือกที่แข็งแกร่งสำหรับเหตุการณ์มวลสารมืดหรือคลื่นความโน้มถ่วง” เพื่อยืนยันทฤษฎีของพวกเขา นักวิจัยจะมองไปที่เครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงในอนาคตที่มีความไวสูง เช่น โครงการ Laser Interferometer Space Antenna (LISA) ซึ่งกำหนดส่งขึ้นสู่อวกาศด้วยจรวด Ariane 3 ในปี 2035
.