หลุมดำเกิดขึ้นในจักรวาลได้อย่างไร?

(แดน ทรี) - หลุมดำเป็นดาวขนาดยักษ์ที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ของเราหลายล้านถึงหลายพันล้านเท่า พวกมันสร้างแรงโน้มถ่วงอันทรงพลังที่แม้แต่แสงก็ไม่สามารถหลุดรอดออกมาได้

การจำลองหลุมดำมวลยวดยิ่ง (ภาพประกอบ: Adobe)

ใจกลางกาแล็กซีส่วนใหญ่ซ่อนตัวอยู่ซึ่งก็คือหลุมดำขนาดมหึมาของจักรวาล วัตถุลึกลับเหล่านี้มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ของเราหลายล้านถึงหลายพันล้านเท่า และมีแรงดึงดูดมหาศาลจนแม้แต่แสงก็ไม่สามารถหลุดรอดออกมาได้

หลุมดำมีมวลมหาศาลมากจนสามารถกำหนดรูปร่างของกาแล็กซีโดยรอบได้ พวกมันมีอิทธิพลต่อการก่อตัวของดาวฤกษ์ วิวัฒนาการของกาแล็กซี และแม้แต่การเคลื่อนที่ของกระจุกดาวทั้งกระจุก

ทางช้างเผือกของเราก็เช่นกัน ใจกลางของมันคือ Sagittarius A* หลุมดำมวลยวดยิ่งที่มีน้ำหนักเท่ากับดวงอาทิตย์ถึงสี่ล้านดวง แม้ว่าหลุมดำเหล่านี้จะมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการดำรงอยู่ของกาแล็กซี แต่เราก็ยังไม่ทราบแน่ชัดว่ามันก่อตัวขึ้นได้อย่างไร

อย่างไรก็ตาม การศึกษาใหม่ของแบบจำลอง Pop III.1 ซึ่งนำโดยนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์เชิงทฤษฎี Jonathan Tan จากมหาวิทยาลัยเวอร์จิเนีย ได้ใช้มุมมองใหม่เพื่อพิจารณาปัญหาที่น่าฉงนนี้

ศาสตราจารย์แทนอาศัยการวิจัยที่สั่งสมมานานหลายทศวรรษเพื่อสร้างรากฐานสำหรับทฤษฎีใหม่ที่อาจอธิบายได้ว่าวัตถุท้องฟ้าขนาดยักษ์เหล่านี้ก่อตัวขึ้นได้อย่างไร

ตามการวิจัยของเขาและเพื่อนร่วมงาน การยุบตัวของดาวฤกษ์รุ่นแรก ซึ่งเรียกอีกอย่างว่า โปรโตสตาร์ อาจนำไปสู่การก่อตัวของหลุมดำมวลยวดยิ่ง

ป๊อปโมเดล III.1

ดาวฤกษ์ที่เกิดจากไฮโดรเจนและฮีเลียมในยุคแรกเริ่มเรียกว่า ดาวป๊อป III (ภาพประกอบ: อวกาศ)

ในเอกภพยุคแรกเริ่ม ก่อนที่กาแล็กซีและดาวเคราะห์จะถือกำเนิดขึ้น ดาวฤกษ์รุ่นแรกได้ถือกำเนิดขึ้น ดาวฤกษ์เหล่านี้ก่อตัวขึ้นจากไฮโดรเจนและฮีเลียมในยุคแรกเริ่ม ได้รับการขนานนามจากนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ว่า ดาวป๊อป III

แบบจำลอง Pop III.1 ซึ่งพัฒนาโดยศาสตราจารย์โจนาธาน แทน อธิบายถึงดาวฤกษ์ที่ก่อตัวในสภาพแวดล้อมที่ไม่ได้รับผลกระทบจากธาตุหนักกว่า หากปราศจากคาร์บอน ออกซิเจน หรือโลหะหนักเพื่อควบคุมกระบวนการเย็นตัว ดาวฤกษ์ยุคแรกเหล่านี้อาจมีมวลสูงมาก

ลองนึกภาพดาวฤกษ์ที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ของเราหลายร้อยเท่า ขนาดมหึมาของพวกมันทำให้อายุขัยสั้นลง และยุบตัวลงอย่างรวดเร็วจนกลายเป็นหลุมดำแห่งแรก

หลุมดำยุคดึกดำบรรพ์เหล่านี้ ซึ่งเป็นเศษซากของดาว Pop III ทำหน้าที่เป็นเมล็ดพันธุ์แห่งการเติบโตของหลุมดำขนาดยักษ์ ในที่สุดพวกมันก็จะขยายขนาดขึ้นและกลายเป็นหลุมดำมวลยวดยิ่งที่เราเห็นอยู่ ณ ใจกลางกาแล็กซีในปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์ ยังค้นพบหลุมดำมวลยวดยิ่งที่มีน้ำหนักมากกว่าดวงอาทิตย์ถึง 36 พันล้านเท่าอีกด้วย

ดาวป๊อป III.1 ยังมีบทบาทสำคัญในการกำหนดจักรวาลยุคแรกเริ่ม รังสีอันทรงพลังของดาวเหล่านี้ทำให้ก๊าซไฮโดรเจนที่อยู่รอบๆ แตกตัวเป็นไอออน ก่อให้เกิดการแตกตัวใหม่ของจักรวาล

นี่เป็นช่วงเวลาสำคัญที่จักรวาลเปลี่ยนแปลงโครงสร้างและสมดุลพลังงาน ผลที่ตามมาคือการส่องสว่างของจักรวาลอย่างฉับพลัน ซึ่งในแวดวงดาราศาสตร์เรียกว่า "แสงวาบ"

อิทธิพลสองด้านของดาว Pop III.1 ทำให้ดาวเหล่านี้มีความสำคัญในการทำความเข้าใจจุดเริ่มต้นของโครงสร้างจักรวาล

ความท้าทายและทางเลือก

แบบจำลอง Pop III.1 ยังคงถือเป็นทฤษฎีที่ได้รับการยอมรับทางวิทยาศาสตร์ (ภาพประกอบ: อวกาศ)

นอกเหนือจากการอธิบายการก่อตัวของหลุมดำมวลยวดยิ่ง ทฤษฎี Pop III.1 ยังกล่าวถึงปัญหาสำคัญที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขหลายประการในจักรวาลวิทยาอีกด้วย

ปัญหาเหล่านี้รวมถึง "ความตึงเครียดของฮับเบิล" การถกเถียงเรื่องพลังงานมืดแบบไดนามิก และความผิดปกติที่เกี่ยวข้องกับมวลของนิวตริโนด้วย

แบบจำลองของศาสตราจารย์แทนเชื่อมโยงดวงดาวดวงแรกและซากหลุมดำกับวิวัฒนาการขนาดใหญ่ของจักรวาล ทำให้มีมุมมองที่เป็นเอกลักษณ์ซึ่งอาจช่วยคลี่คลายปริศนาต่างๆ มากมายได้

อย่างไรก็ตาม สถานการณ์ Pop III.1 ไม่ใช่แนวคิดเดียว ทฤษฎีอื่น ๆ ชี้ให้เห็นว่าหลุมดำยุคแรกเริ่มเกิดขึ้นโดยตรงจากความผันผวนของความหนาแน่นในช่วงวินาทีแรกหลังบิ๊กแบง

หลุมดำเหล่านี้อาจเป็นต้นกำเนิดของหลุมดำมวลยวดยิ่ง อีกแนวทางหนึ่งชี้ให้เห็นถึงการยุบตัวโดยตรงของกลุ่มก๊าซยักษ์ที่ไม่ก่อตัวเป็นดาวฤกษ์

ทฤษฎีแต่ละข้อเสนอกลไกที่แตกต่างกัน ซึ่งทั้งหมดมุ่งเป้าไปที่การอธิบายความลึกลับของจักรวาล

การคาดการณ์การแตกตัวของไอออนของเอกภพยุคแรกเริ่มของแบบจำลอง Pop III.1 ก็ถูกท้าทายเช่นกัน ข้อจำกัดจากการสังเกตเกี่ยวกับไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล โดยเฉพาะอย่างยิ่งปรากฏการณ์ซุนยาเยฟ–เซลโดวิชเชิงพลวัต ชี้ให้เห็นว่าปริมาณและช่วงเวลาของการแตกตัวของไอออนอาจยากที่จะประเมินให้ตรงกัน

อย่างไรก็ตาม แบบจำลอง Pop III.1 ยังคงถือเป็นทฤษฎีที่น่าสนใจและยังคงเป็นจุดชนวนให้เกิดการถกเถียงเกี่ยวกับการก่อตัวของโครงสร้างแรกๆ ของจักรวาลต่อไป

ที่มา: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/ho-den-trong-vu-tru-hinh-thanh-nhu-the-nao-20250923030226135.htm