"หลุมดำยุคแรกเริ่ม" อาจซ่อนตัวในดาวเคราะห์หรือทิ้งร่องรอยอุโมงค์จิ๋วไว้บนโลก?

นักวิทยาศาสตร์กำลังเปิดมิติใหม่ในการค้นหา "หลุมดำยุคแรกเริ่ม" (Primordial Black Holes หรือ PBHs) ซึ่งเป็นปริศนาที่อาจไขความลับของ "สสารมืด" สสารที่มองไม่เห็นซึ่งประกอบขึ้นเป็นกว่า 85% ของมวลในจักรวาล 

โดยงานวิจัยล่าสุดจากมหาวิทยาลัยบัฟฟาโล และพันธมิตร เสนอแนวทางอันชาญฉลาดที่มุ่งสำรวจร่องรอยของหลุมดำเหล่านี้ ทั้งในอวกาศอันกว้างใหญ่และแม้กระทั่งในวัตถุที่เราสัมผัสได้บนโลก

หลุมดำยุคแรกเริ่ม ยิ่งเล็ก ยิ่งลึกซึ้ง

ในขณะที่หลุมดำส่วนใหญ่ที่เราคุ้นเคยเกิดจากการยุบตัวของดาวฤกษ์ขนาดมหึมา หลุมดำยุคแรกคาดว่าเกิดขึ้นตั้งแต่ช่วงต้นของจักรวาล หลังการระเบิดครั้งใหญ่ (Big Bang) ซึ่งเป็นช่วงที่อวกาศบางส่วนมีความหนาแน่นสูงเป็นพิเศษ ทำให้เกิดการยุบตัวและก่อกำเนิดเป็นหลุมดำที่มีมวลน้อยกว่าหลุมดำจากดาวฤกษ์ แต่กลับมีความหนาแน่นสูงอย่างเหลือเชื่อ โดยอาจมีมวลเท่าภูเขาทั้งลูกที่อัดแน่นอยู่ในพื้นที่ขนาดเท่าอะตอม

ตลอดหลายทศวรรษที่ผ่านมา แม้จะมีการตั้งทฤษฎีถึงการมีอยู่ของ หลุมดำยุคแรกเริ่ม แต่ก็ยังไม่มีการสังเกตการณ์โดยตรง ทำให้การค้นหาหลักฐานกลายเป็นความท้าทายอันยิ่งใหญ่

สัญญาณจากอวกาศสู่พื้นโลก

งานวิจัยใหม่ ซึ่งจะตีพิมพ์ในวารสาร Physics of the Dark Universe ฉบับเดือนธันวาคมนี้ นำโดยศาสตราจารย์ เดยัน สโตยโควิช (Dejan Stojkovic) จากมหาวิทยาลัยบัฟฟาโล (University at Buffalo) และ เต๋อ-ชาง ต้าย (De-Chang Dai) จาก National Dong Hwa University และ Case Western Reserve University ได้นำเสนอแนวคิดแหวกแนวในการตรวจจับ หลุมดำยุคแรกเริ่ม โดยแบ่งเป็นสองแนวทางหลัก คือ แนวคิดดาวเคราะห์กลวงในอวกาศ และ อุโมงค์จุลภาคในวัสดุบนโลก

ที่มาของภาพ
Buffalo University

แนวคิดดาวเคราะห์กลวงในอวกาศ

สำหรับแนวคิดนี้หาก หลุมดำยุคแรกเริ่ม ถูกกักขังอยู่ภายในวัตถุหินขนาดใหญ่ที่มีแกนกลางเป็นของเหลว เช่น ดาวเคราะห์น้อยหรือดาวเคราะห์แคระ มันอาจดูดกลืนแกนกลางที่เป็นของเหลวนั้นจนหมดสิ้น ทิ้งไว้เพียงเปลือกแข็งที่กลวงเปล่า การศึกษานี้คำนวณว่าวัตถุกลวงดังกล่าวจะยังคงรูปอยู่ได้ หากมีขนาดไม่เกิน 1 ใน 10 ของรัศมีโลก และสามารถตรวจจับได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์จากการคำนวณความหนาแน่นที่ผิดปกติเมื่อเทียบกับขนาดของมัน

แนวคิดอุโมงค์จุลภาคในวัสดุบนโลก

สำหรับแนวคิดนี้ หลุมดำยุคแรกเริ่ม ที่เคลื่อนที่อย่างรวดเร็วและไม่มีของเหลวให้บริโภค มันอาจเคลื่อนผ่านวัตถุแข็งอย่างหิน โลหะ หรือแก้ว ทิ้งร่องรอยเป็นอุโมงค์ตรงขนาดเล็กจิ๋วที่มองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์ นักวิจัยเสนอว่าเราสามารถค้นหาอุโมงค์เหล่านี้ในวัสดุเก่าแก่ที่มีอายุหลายพันล้านปี เช่น หิน หรือแม้กระทั่งในสิ่งปลูกสร้างโบราณบนโลก

ที่มาของภาพ
Buffalo University

ความหวังและอุปสรรค

ศาสตราจารย์ เดยัน สโตยโควิช (Dejan Stojkovic) ยอมรับว่าโอกาสในการค้นพบหลักฐานเหล่านี้มีน้อยมาก โดยคำนวณว่าโอกาสที่ หลุมดำยุคแรกเริ่ม จะผ่านก้อนหินอายุพันล้านปีอยู่ที่เพียง 0.000001 เท่านั้น 

อย่างไรก็ตาม ท่านชี้ว่า "เราต้องคิดนอกกรอบ เพราะสิ่งที่เคยทำเพื่อค้นหาหลุมดำยุคแรกเริ่มก่อนหน้านี้ไม่ประสบผลสำเร็จ" และการค้นหาเหล่านี้ไม่จำเป็นต้องใช้ทรัพยากรมากนัก แต่ผลตอบแทนที่ได้ หากพบหลักฐานการมีอยู่ของ หลุมดำยุคแรกเริ่ม จะมหาศาลอย่างยิ่ง

สำหรับความกังวลว่า หลุมดำยุคแรกเริ่ม อาจเคลื่อนผ่านร่างกายมนุษย์ การศึกษานี้สรุปว่าไม่เป็นอันตรายถึงชีวิต เนื่องจากเนื้อเยื่อของมนุษย์มีความตึงต่ำ และ หลุมดำยุคแรกเริ่ม เคลื่อนที่เร็วมากจนโครงสร้างโมเลกุลไม่มีเวลาตอบสนอง คล้ายกับการยิงปืนใส่หน้าต่างที่จะทิ้งไว้เพียงรูเดียว แทนที่จะแตกกระจายเหมือนการโยนก้อนหิน

แม้ว่ายังไม่มีหลักฐานทดลองที่สามารถตรวจสอบได้โดยตรง แต่งานวิจัยเชิงทฤษฎีเช่นนี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง โดยศาสตราจารย์ เดยัน สโตยโควิช (Dejan Stojkovic) เน้นย้ำว่า แนวคิดทางฟิสิกส์หลายอย่างที่เคยดูเหมือนเป็นไปไม่ได้ในอดีต ปัจจุบันกลับได้รับการยอมรับ และในยุคที่ฟิสิกส์กำลังเผชิญกับปัญหาใหญ่ เช่น ปริศนาของสสารมืด ซึ่งการปฏิวัติครั้งสำคัญล่าสุดอย่างกลศาสตร์ควอนตัมและทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปก็มีอายุเกือบหนึ่งศตวรรษแล้ว โดยศาสตราจารย์ เดยัน สโตยโควิช (Dejan Stojkovic) เชื่อว่า "เราไม่จำเป็นต้องขยายแบบจำลองที่มีอยู่เดิมโดยตรง เราอาจต้องการกรอบแนวคิดใหม่ทั้งหมด"

การค้นหา หลุมดำยุคแรกเริ่ม ไม่เพียงแต่จะช่วยไขความกระจ่างเกี่ยวกับสสารมืดเท่านั้น แต่ยังอาจนำไปสู่การปฏิวัติความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับจักรวาลของเราอีกด้วย ซึ่งถือเป็นก้าวสำคัญในโลกแห่งเทคโนโลยีและวิทยาศาสตร์ยุคใหม่