หลุมดำดึกดำบรรพ์เป็นหนึ่งในตัวเลือกที่แข็งแกร่งที่สุดสำหรับสสารมืดของจักรวาล ในสถานการณ์นี้ ความอุดมสมบูรณ์ของพวกมันจะมากพอที่จะให้วัตถุอย่างน้อยหนึ่งวัตถุเคลื่อนผ่านระบบสุริยะชั้นในต่อทศวรรษ การบินผ่านในลักษณะนี้จะทำให้เกิดการโยกเยกในวงโคจรของดาวอังคาร ในระดับที่เทคโนโลยีในปัจจุบันสามารถตรวจจับได้จริง ตามที่ทีมนักฟิสิกส์ของ MIT กล่าว
ทรานและคณะ- ให้เหตุผลว่าหลุมดำดึกดำบรรพ์ที่มีมวลดาวเคราะห์น้อยจำนวนมากสามารถตรวจสอบได้อย่างน่าเชื่อถือด้วยข้อมูลที่มีอยู่และในอนาคตอันใกล้ เครดิตรูปภาพ: Sci.News / Zdeněk Bardon / ESO
สสารมืดเป็นรูปแบบสมมุติของสสารที่ไม่สามารถมองเห็นได้ตลอดสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมด แต่เชื่อกันว่าแผ่ซ่านไปทั่วจักรวาลและออกแรงโน้มถ่วงที่มีขนาดใหญ่พอที่จะส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของดวงดาวและกาแล็กซี
นักฟิสิกส์ได้สร้างเครื่องตรวจจับบนโลกเพื่อพยายามตรวจจับสสารมืดและระบุคุณสมบัติของมัน โดยส่วนใหญ่ การทดลองเหล่านี้สันนิษฐานว่ามีสสารมืดอยู่ในรูปแบบของอนุภาคแปลกปลอมที่อาจกระจายและสลายตัวเป็นอนุภาคที่สังเกตได้เมื่อผ่านการทดลองที่กำหนด แต่จนถึงขณะนี้ การค้นหาตามอนุภาคดังกล่าวกลับว่างเปล่า
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ความเป็นไปได้อีกอย่างหนึ่งซึ่งเกิดขึ้นครั้งแรกในทศวรรษปี 1970 ได้กลับมามีแรงฉุดกลับคืนมา แทนที่จะอยู่ในรูปของอนุภาค สสารมืดอาจมีอยู่เป็นหลุมดำดึกดำบรรพ์ขนาดเล็กจิ๋วที่ก่อตัวในช่วงเวลาแรกหลังบิ๊กแบง
หลุมดำดึกดำบรรพ์จะแตกต่างจากหลุมดำทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่ก่อตัวจากการล่มสลายของดาวฤกษ์เก่าๆ หลุมดำดึกดำบรรพ์จะเกิดขึ้นจากการล่มสลายของกลุ่มก๊าซหนาแน่นในเอกภพยุคแรกๆ และจะกระจัดกระจายไปทั่วจักรวาลเมื่อเอกภพขยายตัวและเย็นตัวลง
หลุมดำยุคดึกดำบรรพ์เหล่านี้น่าจะยุบมวลจำนวนมหาศาลลงในพื้นที่เล็กๆ
หลุมดำยุคแรกเริ่มเหล่านี้ส่วนใหญ่อาจมีขนาดเล็กเท่ากับอะตอมเดี่ยวและหนักเท่ากับดาวเคราะห์น้อยที่ใหญ่ที่สุด
ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่ดาวยักษ์จิ๋วดังกล่าวสามารถออกแรงโน้มถ่วงที่สามารถอธิบายสสารมืดได้อย่างน้อยส่วนหนึ่ง
สำหรับการศึกษานี้ นักวิจัยของ MIT ได้สร้างแบบจำลองที่ค่อนข้างง่ายของระบบสุริยะของเรา ซึ่งรวมเอาวงโคจรและปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงระหว่างดาวเคราะห์ทุกดวงและดวงจันทร์ที่ใหญ่ที่สุดบางดวง
“การจำลองระบบสุริยะที่ล้ำสมัยประกอบด้วยวัตถุมากกว่าหนึ่งล้านวัตถุ ซึ่งแต่ละวัตถุมีผลกระทบตกค้างเพียงเล็กน้อย” ดร. เบนจามิน เลห์มันน์ ผู้ร่วมเขียนรายงานศึกษาตีพิมพ์ในวารสารการตรวจร่างกาย D-
“แต่ถึงแม้จะสร้างแบบจำลองวัตถุสองโหลด้วยการจำลองอย่างระมัดระวัง เราก็สามารถเห็นเอฟเฟกต์ที่แท้จริงที่เราสามารถเจาะลึกเข้าไปได้”
ทีมงานได้คำนวณอัตราที่หลุมดำในยุคดึกดำบรรพ์ควรผ่านระบบสุริยะ โดยพิจารณาจากปริมาณสสารมืดที่ประมาณการณ์ว่าอาศัยอยู่ในพื้นที่ที่กำหนดและมวลของหลุมดำที่ผ่านไป ซึ่งในกรณีนี้ พวกมันสันนิษฐานว่ามีมวลพอๆ กับดาวเคราะห์น้อยที่ใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะ ซึ่งสอดคล้องกับข้อจำกัดทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์อื่นๆ
“หลุมดำดึกดำบรรพ์ไม่ได้อาศัยอยู่ในระบบสุริยะ แต่พวกเขากำลังสตรีมผ่านจักรวาลและทำสิ่งของตัวเอง” ดร. ซาราห์ เกลเลอร์ ผู้เขียนร่วมของการศึกษากล่าว
“และความน่าจะเป็นก็คือ พวกมันจะผ่านระบบสุริยะชั้นในด้วยมุมใดมุมหนึ่งทุกๆ 10 ปีโดยประมาณ”
ด้วยอัตรานี้ นักวิจัยได้จำลองหลุมดำมวลดาวเคราะห์น้อยหลายๆ หลุมที่บินผ่านระบบสุริยะจากมุมต่างๆ และด้วยความเร็วประมาณ 241 กิโลเมตร (150 ไมล์) ต่อวินาที
พวกเขามุ่งเป้าไปที่การบินผ่านที่ดูเหมือนจะเป็นการเผชิญหน้ากันในระยะใกล้ หรือกรณีที่ทำให้เกิดผลกระทบบางอย่างกับวัตถุที่อยู่รอบๆ
พวกเขาพบอย่างรวดเร็วว่าผลกระทบใดๆ ในโลกหรือดวงจันทร์นั้นไม่แน่นอนเกินกว่าจะปักหมุดไว้ที่หลุมดำแห่งใดแห่งหนึ่งได้ แต่ดูเหมือนว่าดาวอังคารจะให้ภาพที่ชัดเจนกว่า
ผู้เขียนพบว่าหากหลุมดำดึกดำบรรพ์เคลื่อนผ่านภายในรัศมีไม่กี่ร้อยล้านกิโลเมตรจากดาวอังคาร การเผชิญหน้าดังกล่าวอาจทำให้เกิดการโยกเยกหรือเบี่ยงเบนเล็กน้อยในวงโคจรของดาวอังคาร
ภายในไม่กี่ปีของการเผชิญหน้าดังกล่าว วงโคจรของดาวอังคารน่าจะเคลื่อนตัวประมาณหนึ่งเมตร ซึ่งเป็นการสั่นไหวเล็กน้อยอย่างไม่น่าเชื่อ เนื่องจากดาวเคราะห์อยู่ห่างจากโลกมากกว่า 225 ล้านกิโลเมตร (140 ล้านไมล์)
อย่างไรก็ตาม การโยกเยกนี้สามารถตรวจพบได้ด้วยเครื่องมือที่มีความแม่นยำสูงต่างๆ ที่กำลังติดตามดาวอังคารอยู่ในปัจจุบัน
หากตรวจพบการโยกเยกดังกล่าวในอีกสองสามทศวรรษข้างหน้า นักวิทยาศาสตร์รับทราบว่ายังต้องมีงานอีกมากเพื่อยืนยันว่าแรงผลักดันนั้นมาจากหลุมดำที่เคลื่อนผ่านแทนที่จะเป็นดาวเคราะห์น้อยที่เคลื่อนตัวออกไป
ศาสตราจารย์ David Kaiser จาก MIT ผู้เขียนอาวุโสของการศึกษานี้กล่าวว่า "เราต้องการความชัดเจนมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เกี่ยวกับพื้นหลังที่คาดหวัง เช่น ความเร็วและการกระจายตัวของหินอวกาศที่น่าเบื่อ เทียบกับหลุมดำยุคแรกเริ่ม"
โชคดีสำหรับเราที่นักดาราศาสตร์ติดตามหินอวกาศธรรมดามานานหลายทศวรรษในขณะที่พวกมันเคลื่อนผ่านระบบสุริยะของเรา ดังนั้นเราจึงสามารถคำนวณคุณสมบัติทั่วไปของวิถีของมัน และเริ่มเปรียบเทียบกับเส้นทางและความเร็วประเภทต่างๆ ของหลุมดำในยุคแรกเริ่ม ควรปฏิบัติตาม”
-
ตุง เอกซ์ ตรันและคณะ- 2024. การเผชิญหน้าอย่างใกล้ชิดของชนิดดึกดำบรรพ์: สิ่งใหม่ที่สามารถสังเกตได้สำหรับหลุมดำดึกดำบรรพ์ในฐานะสสารมืดฟิสิกส์ สาธุคุณ D110 (6): 063533; ดอย: 10.1103/PhysRevD.110.063533
บทความนี้อ้างอิงจากข่าวประชาสัมพันธ์จาก MIT
