ขออภัยสตีเฟ่นสสารมืดไม่ใช่หลุมดำเล็ก ๆ

นักฟิสิกส์ที่มีชื่อเสียงสตีเฟ่นฮอว์คิงได้ทำนายในปี 2517 ว่าสสารมืด -“ บางสิ่ง” ที่ลึกลับซึ่งคิดเป็นร้อยละ 85 ของทุกสิ่งในจักรวาล - จะกลายเป็นหลุมดำขนาดเล็กที่เกิดขึ้นในยุคแรก ๆ การศึกษาใหม่ที่ดำเนินการโดยนักดาราศาสตร์ที่กล้องโทรทรรศน์ซูบาในฮาวายมาก่อนการเปิดตัวภาพถ่ายรายละเอียดครั้งแรกในภูมิภาครอบหลุมดำแสดงให้เห็นว่าเขาผิดปกติ

การฮอว์คิงตั้งสมมติฐานว่าหลุมดำน้อยกว่าหนึ่งมิลลิเมตร (1 ใน 25 ของเส้นผ่านศูนย์กลาง) จะอธิบายถึงแรงโน้มถ่วงซึ่งรวมกลุ่มกาแลคซีเข้าด้วยกันรวมถึงการเปลี่ยนแปลงอัตราการหมุนของกาแลคซีรวมถึงทางช้างเผือกด้วย

กาแลคซีแอนโดรเมดาเช่นทางช้างเผือกของเราเป็นบ้านของสสารมืด - เราไม่รู้ว่ามันคืออะไร แต่ตอนนี้เรามีความคิดที่ดีกว่าเกี่ยวกับสิ่งที่มันไม่ใช่ เครดิตรูปภาพ: Kavli IPMU

ทุกสิ่งที่สสารมืดอาจจะเป็น

สสารมืดอธิบายถึงบางสิ่งที่ไม่สามารถมองเห็นได้ไม่มีการแผ่รังสี แต่ให้แรงดึงดูดมากพอที่จะรวมกาแลคซีเข้าด้วยกันเป็นกลุ่มและขับเคลื่อนอัตราการหมุนของวัตถุในเขตรอบนอกของตระกูลตัวเอกเหล่านี้ หลักฐานเรื่องสสารมืดระหว่างกาแลคซีถูกค้นพบครั้งแรกโดยนักดาราศาสตร์ Fritz Zwicky ในปี 1933 และในปี 1970 การปรากฏตัวของสสารมืดภายในกาแลคซีถูกตรวจพบโดย Vera Rubin ตั้งแต่นั้นมานักดาราศาสตร์และนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ได้งงงวยกับธรรมชาติของสสารมืดและเรารู้น้อยเกี่ยวกับสิ่งที่มันเป็นมากกว่าสิ่งที่มันไม่ได้เป็น

“ สสารมืดอาจเป็นดาวแคระน้ำตาลได้ดาวที่“ ล้มเหลว” ซึ่งไม่เคยติดไฟเพราะพวกมันขาดมวลที่จำเป็นในการเริ่มต้นการเผาไหม้ สสารมืดอาจเป็นดาวแคระขาวซึ่งเป็นแกนกลางของดาวที่มีขนาดเล็กถึงขนาดกลางที่ตายแล้ว หรือสสารมืดอาจเป็นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำส่วนที่เหลือของดาวฤกษ์ขนาดใหญ่หลังจากที่พวกมันระเบิด” NASA อธิบายในคำอธิบายของสสารมืด

แต่อาจจะไม่ ...

อย่างไรก็ตามปัญหามีอยู่กับแนวคิดเหล่านี้แต่ละข้อ มีแนวโน้มที่ดาวแคระขาวหรือน้ำตาลไม่เพียงพอที่จะพิจารณาสสารมืดแรงโน้มถ่วงมหาศาลที่ปรากฎบนวัตถุที่มองเห็นได้ ดาวนิวตรอนและหลุมดำนั้นหายากมาก เป็นไปได้ว่าสสารมืดอาจเป็นอนุภาคย่อยของอะตอมที่แปลกใหม่ แต่การทดลองอย่างระมัดระวังเพื่อตรวจจับอนุภาคเหล่านี้ก็ยังว่างเปล่า กล้องโทรทรรศน์อวกาศแฟร์มีน่าจะสามารถตรวจจับการปล่อยรังสีแกมม่าที่เกิดจากการชนกันของอนุภาคสสารมืดที่แปลกใหม่ แต่การค้นหานั้นกลับไร้ผลเช่นเดียวกัน

หากมีหลุมดำขนาดเล็กเหล่านี้อยู่พวกมันถูกคาดหวังว่าจะทำให้มีพื้นที่รอบตัวพวกมันทำให้แสงจากดาวฤกษ์ที่อยู่ไกลออกไปทำให้โค้งและสว่างขึ้นราวกับเลนส์ที่โฟกัสดวงอาทิตย์บนทางเท้าร้อน เมื่อหลุมดำเคลื่อนที่ไปดาวฤกษ์ที่อยู่ไกลก็จะสลัว นักวิจัยใช้กล้องโทรทรรศน์ซูบารุเพื่อดูแสงที่มาจากดาวในกาแลคซีแอนโดรเมด้าเพื่อค้นหาความสว่างและความมืดสลัวนี้ แต่ไม่เห็นผลที่คาดการณ์ไว้แสดงให้เห็นว่าหลุมดำในยุคแรกนั้นไม่มีอยู่ในปริมาณที่ฮอว์คิงทำนายไว้

แผนภาพแสดงให้เห็นว่าเลนส์ความโน้มถ่วงจากดวงดาวในกาแลคซีแอนโดรเมดาคาดว่าจะเผยให้เห็นหลุมดำแห่งแรก เครดิตรูปภาพ: Kavli IPMU

เพื่อที่จะดูเหตุการณ์หนึ่งของเลนส์ความโน้มถ่วงเหล่านี้จะต้องจัดตำแหน่งดาวฤกษ์และหลุมดำดั่งเดิมให้สัมพันธ์กับโลกซึ่งเป็นการจัดตำแหน่งที่หายากโดยคาดว่าจะอยู่ได้นานเพียงไม่กี่นาทีถึงสองสามชั่วโมง Hyper Suprime-Cam บนกล้องโทรทรรศน์ Subaru ซึ่งสามารถถ่ายภาพทั้ง Andromeda Galaxy ได้ในครั้งเดียวถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มโอกาสในการเห็นเหตุการณ์เหล่านี้ให้สูงสุด

Hyper Suprime-Cam (HSC) ติดตั้งที่จุดโฟกัสหลักของกล้องโทรทรรศน์ซูบารุ เครดิตภาพ: กล้องโทรทรรศน์ซูบารุ

การทดลอง

“ จากกาแลคซี Andromeda ที่ต่อเนื่องกัน 190 ภาพซึ่งใช้เวลาเจ็ดชั่วโมงในคืนหนึ่งที่ชัดเจนทีมได้ทำการสำรวจข้อมูลสำหรับเหตุการณ์เลนส์ที่มีความโน้มถ่วง หากสสารมืดประกอบด้วยหลุมดำที่เป็นดั่งเดิมของมวลที่กำหนดในกรณีนี้มวลที่เบากว่าดวงจันทร์นักวิจัยคาดว่าจะพบเหตุการณ์ประมาณ 1,000 เหตุการณ์ แต่หลังจากการวิเคราะห์อย่างระมัดระวังพวกเขาสามารถระบุได้เพียงหนึ่งกรณีเท่านั้น” นักวิจัยรายงานในการแถลงข่าวจากกล้องโทรทรรศน์ซูบารุ

ผลลัพธ์เหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าหลุมดำดั่งเดิมอาจจะเพิ่มขึ้น 0.1 เปอร์เซ็นต์ของสสารมืดทั้งหมด ไม่ว่าสสารมืดคืออะไรคำตอบดูเหมือนจะไม่เป็นหลุมดำขนาดเล็กทำให้เกิดความลึกลับที่ยิ่งใหญ่ของฟิสิกส์อย่างสมบูรณ์