ลองจินตนาการถึงห้วงอวกาศที่เพิ่งถือกำเนิดมีอายุเพียงเสี้ยววินาทีหลังปรากฏการณ์บิกแบง (Big Bang) ยังไม่ทันได้มีอะตอมครบถ้วนสมบูรณ์ แต่การศึกษาใหม่ที่น่าตื่นตะลึงกลับชี้ว่า ในช่วงเวลาที่สั้นที่สุดนี้เอง หลุมดำ (Black hole) ดาวโบซอน (Boson star) และแม้กระทั่งวัตถุประหลาดอย่าง “ดาวกินกันเอง” (Cannibal stars) อาจก่อตัวขึ้นแล้ว! งานวิจัยของนักฟิสิกส์ชาวอิตาลีที่ตีพิมพ์ในวารสาร Physical Review D เสนอแนวคิดที่ขยายขอบเขตความรู้เดิมของเราอย่างมาก โดยระบุว่าวัตถุอวกาศยักษ์ใหญ่เหล่านี้ไม่ได้เกิดจากการรวมตัวของอะตอมเหมือนดาวฤกษ์ทั่วไป แต่เกิดขึ้นจากปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคที่แปลกประหลาดภายใต้สภาวะที่ไม่ปกติสุดขีด
โดยทั่วไป เราทราบว่าหลังจากการขยายตัวอย่างรวดเร็วที่เรียกว่า Inflation จักรวาลในยุคแรกเริ่มจะถูกครอบงำด้วยการแผ่รังสี ก่อนที่สสารจะเริ่มก่อตัวเป็นนิวเคลียสอะตอมในช่วงที่เรียกว่า การสังเคราะห์นิวเคลียสยุคแรก (Primordial Nucleosynthesis)
อย่างไรก็ตาม นักวิจัยกลุ่มนี้ได้เสนอแนวคิดใหม่ที่มาเติมเต็มช่องว่างความรู้ทางจักรวาลวิทยาในช่วงเวลาดังกล่าว พวกเขาระบุว่าอาจมีช่วงเวลาสั้น ๆ ที่เรียกว่า “ยุคที่สสารครอบงำยุคแรก” (Early Matter-Dominated Era: EMDE) เกิดขึ้นทันทีหลัง Inflation ในช่วงนี้ สสาร (Matter) ได้เข้ามากำหนดพลวัตของจักรวาลแทนที่การแผ่รังสีอย่างรวดเร็ว
สภาวะ EMDE ที่สั้นแต่เข้มข้นนี้ ได้สร้างเงื่อนไขที่สมบูรณ์แบบให้เกิดรัศมีหรือฮาโล (Halos) ของสสารที่มีความหนาแน่นสูง ซึ่งต่อมาได้ยุบตัวลงภายใต้ความโน้มถ่วง (Gravity) ก่อให้เกิดโครงสร้างอวกาศอัดแน่นชุดแรกขึ้น ทั้งหลุมดำ ดาวโบซอน และดาวกินกันเอง
ในบรรดาวัตถุอวกาศประหลาดที่เสนอในงานวิจัยนี้ “ดาวกินกันเอง” อาจเป็นสิ่งที่น่าทึ่งที่สุด พวกมันแทบจะไม่มีอะไรเหมือนดาวฤกษ์ที่เราคุ้นเคย ซึ่งขับเคลื่อนด้วยปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน
ลำดับเวลาการขยายตัวของเอกภพ (Timeline of the expansion of the universe) โดยที่พื้นที่ (space) ถูกแสดงเป็นแผนผังด้วยส่วนวงกลมในแต่ละช่วงเวลา ทางซ้ายมือคือการขยายตัวอย่างรวดเร็วของภาวะ inflation ตรงกลางคือการขยายตัวที่เร่งขึ้น (ที่มา: Wikimedia Commons)
ดาวกินกันเองเหล่านี้ขับเคลื่อนด้วยกระบวนการที่เรียกว่า การทำลายล้างตัวเองของอนุภาค (Particle Self-annihilation) ภายในแกนกลางของดาว อนุภาคและปฏิยานุภาค (antiparticles) ที่คู่กันจะทำลายล้างซึ่งกันและกัน และปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปของรังสี ซึ่งเป็นกลไกที่ใช้พลังงานคล้ายกับปฏิกิริยานิวเคลียร์ แต่เกิดขึ้นในช่วงเวลาแรกสุดของจักรวาล
วัตถุประหลาดอีกชนิดคือ ดาวโบซอน ซึ่งก่อตัวขึ้นเมื่อธรรมชาติทางกลศาสตร์ควอนตัม (Quantum Nature) ของอนุภาคชนิดโบซอน (Bosons) เข้ามาถ่วงดุลผลกระทบของความโน้มถ่วงไม่ให้โครงสร้างยุบตัว แต่แบบจำลองของนักวิจัยชี้ว่า โครงสร้างเหล่านี้อาจมีอายุไม่ยืนยาวนัก และสุดท้ายก็จะยุบตัวลงเป็นหลุมดำยุคแรก (Primordial Black Holes: PBHs)
หลุมดำจิ๋ว คำตอบของ “สสารมืด”
การค้นพบที่สำคัญอีกอย่างคือ การก่อตัวของหลุมดำยุคแรก ซึ่งมักถูกเชื่อมโยงกับการยุบตัวของดาวฤกษ์ขนาดใหญ่ในภายหลังของประวัติศาสตร์จักรวาล แต่การศึกษานี้กลับชี้ว่า หลุมดำอาจปรากฏตัวขึ้นเร็วกว่านั้นมาก อาจจะภายในเวลาเพียงไม่กี่วินาทีหลังบิกแบง
หลุมดำยุคแรกที่ถือกำเนิดขึ้นจากสภาวะ EMDE อาจมีขนาดเล็กกว่าหลุมดำทั่วไปมาก เช่น มีขนาดพอ ๆ กับดาวเคราะห์น้อย (Asteroid)
นอกจากนี้ ผู้เขียนงานวิจัยยังเน้นย้ำถึงศักยภาพของหลุมดำยุคแรกเหล่านี้ในการอธิบายถึงปริศนาของสสารมืด (Dark Matter) ซึ่งเป็นสสารลึกลับที่มองไม่เห็นแต่มีอยู่ถึงประมาณ 85% ของมวลทั้งหมดในจักรวาล ความเชื่อมโยงอยู่ที่คุณสมบัติของหลุมดำยุคแรก พวกมันไม่เปล่งรังสีที่สามารถตรวจจับได้ (เช่นเดียวกับสสารมืด) ทำให้พวกมันเป็นสิ่งที่มองไม่เห็น แต่สามารถตรวจจับได้จากอิทธิพลของความโน้มถ่วง (Gravitational Influence) ที่มีต่อสสารรอบข้าง ซึ่งสอดคล้องกับคุณสมบัติของสสารมืดอย่างสมบูรณ์แบบ
การศึกษานี้แม้จะกล่าวถึงแง่มุมที่ต้องมีการคาดเดาถึงประวัติศาสตร์จักรวาลยุคแรก แต่ก็ให้กรอบแนวคิดที่สำคัญในการสำรวจว่า ฟิสิกส์อนุภาค (Particle Physics) และความโน้มถ่วง ทำงานร่วมกันอย่างไรในการสร้างวัตถุอวกาศที่แปลกใหม่และน่าทึ่งที่สุดในจักรวาล
ข้อมูลอ้างอิง: ZME Science
- In Less Than a Second After the Big Bang, the Universe Could Have Created Black Holes and Cannibal Stars
