สสารมืดไม่ได้ประกอบด้วยหลุมดำเล็กๆ

ทีมนักวิจัยนานาชาติได้นำทฤษฎีที่สตีเฟน ฮอว์คิงผู้ล่วงลับคาดคะเนไว้ไปใช้ในการทดสอบที่เข้มงวดที่สุดจนถึงปัจจุบัน และผลลัพธ์ของพวกเขาได้ตัดความเป็นไปได้ที่หลุมดำในยุคดึกดำบรรพ์ที่มีขนาดเล็กกว่าหนึ่งในสิบของมิลลิเมตรจะมีสสารมืดเป็นส่วนใหญ่ ราย ละเอียดของการศึกษาได้รับการเผยแพร่ในวารสารNature Astronomy ในสัปดาห์นี้ นักวิทยาศาสตร์รู้ว่า 85 เปอร์เซ็นต์ของสสารในจักรวาลประกอบด้วยสสารมืด แรงโน้มถ่วงของมันป้องกันไม่ให้ดาวในทางช้างเผือกของเราบินออกจากกัน อย่างไรก็ตาม ความพยายามที่จะตรวจจับอนุภาคสสารมืดดังกล่าวโดยใช้การทดลองใต้ดิน หรือการทดลองโดยใช้เครื่องเร่งความเร็ว ซึ่งรวมถึงเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่ที่สุดในโลกอย่าง Large Hadron Collider กลับล้มเหลว



สิ่งนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์พิจารณาทฤษฎีของ Hawking ในปี 1974 เกี่ยวกับการมีอยู่ของหลุมดำในยุคดึกดำบรรพ์ ซึ่งเกิดหลังบิกแบงไม่นาน และการคาดเดาของเขาที่ว่าพวกมันสามารถประกอบเป็นสสารมืดที่เข้าใจยากที่นักวิทยาศาสตร์กำลังพยายามค้นพบในปัจจุบัน



ทีมนักวิจัยนานาชาติซึ่งนำโดย Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe Principal Investigator Masahiro Takada นักศึกษาปริญญาเอก Hiroko Niikura ศาสตราจารย์ Naoki Yasuda และรวมถึงนักวิจัยจากญี่ปุ่น อินเดีย และสหรัฐอเมริกา ได้ใช้เอฟเฟกต์เลนส์โน้มถ่วง เพื่อค้นหาหลุมดำในยุคดึกดำบรรพ์ระหว่างโลกกับกาแล็กซีแอนโดรมีดา เลนส์ความโน้มถ่วงซึ่งเป็นผลแรกที่เสนอโดยอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ แสดงให้เห็นว่าเป็นการหักเหของแสงที่มาจากวัตถุที่อยู่ห่างไกล เช่น ดาวฤกษ์ เนื่องจากผลของแรงโน้มถ่วงของวัตถุขนาดใหญ่ที่แทรกเข้ามา เช่น หลุมดำในยุคดึกดำบรรพ์ ในกรณีที่รุนแรง การโค้งงอของแสงดังกล่าวจะทำให้ดาวพื้นหลังดูสว่างขึ้นกว่าเดิมมาก อย่างไรก็ตาม เมคอัพ ผลกระทบจากเลนส์ความโน้มถ่วงเป็นเหตุการณ์ที่หายากมาก เนื่องจากต้องใช้ดาวฤกษ์ในดาราจักรแอนดรอมิดา หลุมดำในยุคดึกดำบรรพ์ที่ทำหน้าที่เป็นเลนส์ความโน้มถ่วง และผู้สังเกตการณ์บนโลกจะต้องอยู่ในแนวเดียวกัน ดังนั้นเพื่อเพิ่มโอกาสในการจับภาพเหตุการณ์ นักวิจัยจึงใช้กล้องดิจิตอล Hyper Suprime-Cam บนกล้องโทรทรรศน์ Subaru ในฮาวาย ซึ่งสามารถจับภาพทั้งหมดของกาแล็กซีแอนโดรเมดาได้ในช็อตเดียว เมื่อคำนึงถึงความเร็วของหลุมดำในยุคดึกดำบรรพ์ที่คาดว่าจะเคลื่อนที่ในอวกาศระหว่างดวงดาว ทีมงานจึงถ่ายภาพหลายภาพเพื่อให้สามารถจับการสั่นไหวของดาวขณะที่มันสว่างขึ้นในช่วงไม่กี่นาทีถึงชั่วโมงเนื่องจากเลนส์แรงโน้มถ่วง จากภาพถ่ายกาแล็กซีแอนดรอมิดา 190 ภาพที่ถ่ายต่อเนื่องกันนานกว่า 7 ชั่วโมงในคืนเดียวที่อากาศแจ่มใส ทีมงานค้นหาข้อมูลสำหรับเหตุการณ์ที่เกิดจากเลนส์โน้มถ่วงที่อาจเกิดขึ้น หากสสารมืดประกอบด้วยหลุมดำดึกดำบรรพ์ของมวลที่กำหนด ในกรณีนี้คือมวลที่เบากว่าดวงจันทร์ นักวิจัยคาดว่าจะพบเหตุการณ์ประมาณ 1,000 เหตุการณ์ แต่หลังจากการวิเคราะห์อย่างระมัดระวัง พวกเขาสามารถระบุได้เพียงกรณีเดียวเท่านั้น ผลลัพธ์ของทีมแสดงให้เห็นว่าหลุมดำในยุคดึกดำบรรพ์สามารถมีส่วนร่วมได้ไม่เกินร้อยละ 0.1 ของมวลสสารมืดทั้งหมด ดังนั้นจึงไม่น่าเป็นไปได้ที่ทฤษฎีจะเป็นจริง ขณะนี้นักวิจัยกำลังวางแผนที่จะพัฒนาการวิเคราะห์ดาราจักรแอนดรอมิดาต่อไป ทฤษฎีใหม่หนึ่งที่พวกเขาจะตรวจสอบคือค้นหาว่าหลุมดำคู่ที่ค้นพบโดยเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง LIGO แท้จริงแล้วเป็นหลุมดำในยุคดึกดำบรรพ์หรือไม่