ทีมนักวิจัยนานาชาตินำโดยมหาวิทยาลัยโมนาช ได้ค้นพบหลักฐานชิ้นใหม่ที่ช่วยอธิบายหนึ่งในปรากฏการณ์ที่รุนแรงที่สุดในเอกภพ นั่นคือการระเบิดของดาวฤกษ์มวลมหาศาลที่ทำลายล้างตัวเองจนหมดสิ้น การศึกษานี้ได้เข้ามาไขข้อข้องใจเกี่ยวกับปริศนา “ช่องว่างต้องห้าม” (Forbidden Gap) ซึ่งเป็นช่วงมวลที่หลุมดำไม่ควรจะมีตัวตนอยู่ พร้อมกับเปิดเผยความลับว่าเหตุใดนักดาราศาสตร์จึงยังคงตรวจพบหลุมดำบางดวงแอบซ่อนอยู่ในช่วงมวลดังกล่าว
ตามทฤษฎีทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์นั้น ดาวฤกษ์เปรียบเสมือนเวทีแห่งการรักษาสมดุลระหว่างสองพลังที่ยิ่งใหญ่ ได้แก่ แรงดันแผ่รังสีที่พุ่งออกด้านนอกจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน และแรงดึงเข้าด้านในจากแรงโน้มถ่วง เมื่อดาวฤกษ์มวลมากเผาผลาญเชื้อเพลิงจนหมด แรงโน้มถ่วงจะเป็นฝ่ายชนะและบดขยี้แกนกลางของดาวให้ยุบตัวลงกลายเป็นหลุมดำ แต่สำหรับดาวฤกษ์ที่มีขนาดใหญ่โตมโหฬารมากๆ โดยเฉพาะกลุ่มที่มีมวลอยู่ระหว่าง 50 ถึง 130 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ หรือที่เราเรียกว่า “มวลสุริยะ” กลับมีจุดจบที่แตกต่างออกไปอย่างสิ้นเชิง
 ภาพนี้แสดงเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นภายใน ซูเปอร์โนวาชนิดไม่คงตัวเนื่องจากการเกิดคู่ (pair-instability supernova) โดยในดาวฤกษ์ที่มีมวลมหาศาล รังสีแกมมา (gamma rays) ที่ผลิตขึ้นบริเวณแกนกลางจะมีพลังงานสูงมากจนพลังงานบางส่วนถูกถ่ายโอนไปสร้างเป็นคู่อิเล็กตรอน (electrons) และโพซิตรอน (positrons) |
นักวิทยาศาสตร์อธิบายปรากฏการณ์นี้ว่าเกิดจากความไม่เสถียรจากการสร้างคู่อนุภาค ภายในแกนกลางของดาวฤกษ์ขนาดยักษ์เหล่านี้ รังสีแกมมาจะมีพลังงานสูงมากจนสูญเสียพลังงานบางส่วนไปเพื่อเปลี่ยนเป็นคู่อนุภาคของอิเล็กตรอนและโพซิตรอน กระบวนการนี้ทำให้แรงดันแผ่รังสีที่คอยพยุงดวงดาวเอาไว้ลดฮวบลง ส่งผลให้ดาวฤกษ์ยุบตัวลงอย่างฉับพลันภายใต้แรงโน้มถ่วงอันมหาศาลของมันเอง และก่อให้เกิดการระเบิดซูเปอร์โนวาครั้งใหญ่ที่ฉีกกระชากทุกสิ่งทุกอย่างจนไม่เหลือแม้แต่เศษซากที่จะก่อตัวเป็นหลุมดำได้ ปรากฏการณ์ที่ไม่มีหลุมดำหลงเหลืออยู่นี้เองที่สร้างสิ่งที่นักดาราศาสตร์เรียกว่า “ช่องว่างมวลต้องห้าม”
ข้อมูลจากการสำรวจสำมะโนประชากรหลุมดำด้วยคลื่นความโน้มถ่วงยืนยันว่า หลุมดำที่มีมวลมากกว่า 45 มวลสุริยะนั้นหาได้ยากมากในจักรวาล ซึ่งสอดคล้องกับทฤษฎีที่ว่าดาวฤกษ์ในกลุ่มมวลนี้ถูกทำลายล้างไปจนหมดสิ้น แต่เรื่องราวกลับไม่ได้จบลงอย่างง่ายดายนัก เมื่อนักดาราศาสตร์ยังคงตรวจพบหลุมดำจำนวนหนึ่งที่ปรากฏตัวอยู่ในช่วงมวลต้องห้ามนี้ราวกับเป็นการฝืนกฎธรรมชาติ
ความลึกลับนี้ได้รับการไขกระจ่างเมื่อทีมนักวิจัยวิเคราะห์พบว่า หลุมดำที่อยู่ในช่วงมวลดังกล่าวไม่ได้ถือกำเนิดจากการยุบตัวของดาวฤกษ์เดี่ยวๆ ตั้งแต่แรก แต่เป็นผลผลิตต่อเนื่องจากการรวมตัวกันของหลุมดำคู่ หลุมดำขนาดเล็กกว่าที่มีอยู่ก่อนหน้าได้เกิดการชนและหลอมรวมกัน กลายเป็นหลุมดำที่มีมวลมากขึ้นจนก้าวข้ามเข้ามาแทรกตัวอยู่ในช่องว่างต้องห้ามนี้ได้สำเร็จ
การค้นพบนี้ไม่เพียงแต่ช่วยเติมเต็มความเข้าใจในแบบจำลองทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ แต่ยังตอกย้ำให้เห็นถึงความซับซ้อนและพลวัตอันน่าทึ่งของจักรวาล ในขณะเดียวกันก็เปิดประเด็นคำถามใหม่ๆ ให้กับวงการวิทยาศาสตร์ว่า การระเบิดทำลายล้างที่รุนแรงแบบไม่เหลือซากระดับนี้เกิดขึ้นบ่อยเพียงใดในเอกภพ และกระบวนการรวมตัวของหลุมดำมีประสิทธิภาพมากแค่ไหนในการสร้างหลุมดำขนาดยักษ์ ซึ่งข้อมูลเหล่านี้จะเป็นก้าวสำคัญในการศึกษาและทำความเข้าใจวิวัฒนาการของหลุมดำและดวงดาวมวลมหาศาลในอนาคต
ข้อมูลอ้างอิง: Universe Today
- Exploding Stars, Black Holes, and the Forbidden Gap
