หลุมดำดึกดำบรรพ์ได้รับการตั้งทฤษฎีมานานหลายทศวรรษและอาจเป็นสสารมืดที่เข้าใจยากอีกด้วย ถึงกระนั้น ก็ยังไม่เคยมีการสังเกตหลุมดำในยุคดึกดำบรรพ์เลย ตามที่นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์สองคนจากมหาวิทยาลัยบัฟฟาโล มหาวิทยาลัยเคสเวสเทิร์นรีเสิร์ฟ และมหาวิทยาลัยดงฮวาแห่งชาติ หลุมดำเล็กๆ เหล่านี้สามารถถูกจับโดยดาวเคราะห์หินหรือดาวเคราะห์น้อย กินแกนของเหลวของพวกมันจากภายในและปล่อยให้โครงสร้างกลวงออกมา พวกเขาสามารถทิ้งอุโมงค์ขนาดเล็กไว้บนโลกในหินเก่าๆ หรือแม้แต่แก้วหรือโครงสร้างแข็งอื่นๆ ในอาคารเก่าแก่มากก็ได้
ความประทับใจของศิลปินเกี่ยวกับหลุมดำดึกดำบรรพ์ เครดิตภาพ: นาซ่า
หลุมดำดึกดำบรรพ์ขนาดเล็กอาจเป็นโบราณวัตถุที่น่าสนใจและน่าสนใจที่สุดจากจักรวาลยุคแรกเริ่ม
พวกมันสามารถทำหน้าที่เป็นตัวเลือกสสารมืด กำเนิดคลื่นความโน้มถ่วงในยุคแรกเริ่ม ช่วยในการแก้ไขปัญหาจักรวาลวิทยา เช่น ปัญหาผนังโดเมนและปัญหาโมโนโพลแม่เหล็ก เป็นต้น
อย่างไรก็ตาม จนถึงขณะนี้ยังไม่มีการพบเห็นผู้สมัครหลุมดำยุคดึกดำบรรพ์ที่น่าเชื่ออีกเลย
“โอกาสในการค้นพบลายเซ็นเหล่านี้มีน้อย แต่การค้นหานั้นไม่จำเป็นต้องใช้ทรัพยากรมากนัก และผลตอบแทนที่เป็นไปได้ ซึ่งเป็นหลักฐานแรกของหลุมดำยุคดึกดำบรรพ์นั้นจะมีมหาศาล” ศาสตราจารย์ Dejan Stojkovic แห่งมหาวิทยาลัยบัฟฟาโลกล่าว
“เราต้องคิดนอกกรอบเพราะสิ่งที่ทำเพื่อค้นหาหลุมดำในยุคดึกดำบรรพ์ก่อนหน้านี้ไม่ได้ผล”
ศาสตราจารย์ Stojkovic และเพื่อนร่วมงานของเขา Dr. De-Chang Dai จากมหาวิทยาลัย Case Western Reserve และ National Dong Hwa University คำนวณว่าดาวเคราะห์น้อยกลวงจะมีขนาดใหญ่เพียงใดโดยไม่ยุบตัวลงมาเอง และความเป็นไปได้ที่หลุมดำยุคดึกดำบรรพ์จะผ่านวัตถุบนนั้น โลก.
“เนื่องจากโอกาสอันยาวนานเหล่านี้ เราจึงมุ่งเน้นไปที่เครื่องหมายที่มั่นคงซึ่งมีมานับพันล้านหรือพันล้านปี” ดร. ไดกล่าว
“ถ้าวัตถุมีแกนกลางที่เป็นของเหลว หลุมดำดึกดำบรรพ์ที่จับได้ในยุคแรกเริ่มก็สามารถดูดซับแกนกลางของเหลวซึ่งมีความหนาแน่นมากกว่าความหนาแน่นของชั้นของแข็งด้านนอก” ศาสตราจารย์สโตจโควิชกล่าวเสริม
“หลุมดำในยุคดึกดำบรรพ์อาจหลุดออกจากวัตถุได้หากวัตถุนั้นถูกดาวเคราะห์น้อยชน โดยไม่เหลืออะไรเลยนอกจากเปลือกกลวง”
แต่เปลือกดังกล่าวจะแข็งแกร่งพอที่จะพยุงตัวเองได้ หรือมันจะพังทลายลงภายใต้ความตึงเครียดของมันเอง?
เมื่อเปรียบเทียบความแข็งแรงของวัสดุธรรมชาติ เช่น หินแกรนิตและเหล็ก กับแรงตึงผิวและความหนาแน่นของพื้นผิว นักวิจัยคำนวณว่าวัตถุกลวงดังกล่าวอาจมีรัศมีไม่เกินหนึ่งในสิบของรัศมีของโลก ทำให้มีแนวโน้มที่จะเป็นดาวเคราะห์น้อยมากกว่าดาวเคราะห์ที่เหมาะสม .
“ถ้ามันใหญ่กว่านั้น มันก็จะพังทลายลง” ศาสตราจารย์สโตจโควิชกล่าว
“วัตถุกลวงเหล่านี้สามารถตรวจจับได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์ มวลและความหนาแน่นสามารถกำหนดได้โดยการศึกษาวงโคจรของวัตถุ”
“ถ้าความหนาแน่นของวัตถุต่ำเกินไปสำหรับขนาดของมัน นั่นเป็นข้อบ่งชี้ที่ดีว่ามันกลวง”
สำหรับวัตถุที่ไม่มีแกนกลางของเหลว หลุมดำยุคดึกดำบรรพ์อาจทะลุผ่านและทิ้งอุโมงค์ขนาดเล็กไว้ด้านหลัง
ตัวอย่างเช่น หลุมดำดึกดำบรรพ์ที่มีมวล 1022กรัมจะเหลืออุโมงค์หนา 0.1 ไมครอนไว้เบื้องหลัง
แผ่นโลหะขนาดใหญ่หรือวัสดุอื่นๆ สามารถทำหน้าที่เป็นเครื่องตรวจจับหลุมดำที่มีประสิทธิภาพโดยการตรวจสอบการปรากฏขึ้นอย่างกะทันหันของอุโมงค์เหล่านี้ แต่คุณน่าจะมีโอกาสที่ดีกว่าในการค้นหาอุโมงค์ที่มีอยู่ในวัสดุเก่ามาก - จากอาคารที่มีอายุหลายร้อยปี เก่าไปจนถึงหินที่มีอายุนับพันล้านปี
ถึงกระนั้น แม้จะสมมติว่าสสารมืดประกอบด้วยหลุมดำดึกดำบรรพ์จริงๆ พวกเขาคำนวณความน่าจะเป็นที่หลุมดำดึกดำบรรพ์ที่ผ่านก้อนหินอายุพันล้านปีเป็น 0.000001
“คุณต้องดูต้นทุนเทียบกับผลประโยชน์ มีค่าใช้จ่ายมากไหมในการทำเช่นนี้? ไม่ มันไม่ใช่” ศาสตราจารย์สโตจโควิชกล่าว
“ดังนั้น โอกาสที่หลุมดำดึกดำบรรพ์จะผ่านคุณในช่วงชีวิตของคุณจึงน้อยมาก แม้ว่าจะมีใครทำคุณก็คงไม่สังเกตเห็นมัน”
“เนื้อเยื่อของมนุษย์ต่างจากหินตรงที่มีแรงตึงเพียงเล็กน้อย ดังนั้นหลุมดำในยุคดึกดำบรรพ์จะไม่ฉีกมันออกจากกัน”
“และถึงแม้ว่าพลังงานจลน์ของหลุมดำในยุคดึกดำบรรพ์อาจมีมหาศาล แต่ก็ไม่สามารถปล่อยออกมาได้มากนักในระหว่างการชน เพราะมันเคลื่อนที่เร็วมาก”
“หากกระสุนปืนเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางที่เร็วกว่าความเร็วเสียง โครงสร้างโมเลกุลของตัวกลางจะไม่มีเวลาตอบสนอง”
“ขว้างก้อนหินไปทางหน้าต่าง มันคงจะแตกเป็นเสี่ยงๆ” ใช้ปืนยิงหน้าต่าง คงจะเหลือแค่รู”
ของทีมกระดาษได้รับการตีพิมพ์ในวารสารฟิสิกส์ของจักรวาลมืด-
-
เดอ-ชัง ได และ เดยัน สตอยโควิช 2024. การค้นหาหลุมดำดึกดำบรรพ์ขนาดเล็กในดาวเคราะห์ ดาวเคราะห์น้อย และที่นี่บนโลกฟิสิกส์ของจักรวาลมืด46:101662; ดอย:10.1016/j.dark.2024.101662
