ในเดือนกุมภาพันธ์ 2559 นักวิทยาศาสตร์ที่ทำงานกับ Laser Interferometer Gravitational-Observatory (LIGO) สร้างประวัติศาสตร์เมื่อพวกเขาประกาศการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงเป็นครั้งแรก ตั้งแต่นั้นมาการตรวจจับหลายครั้งได้เกิดขึ้นและความร่วมมือทางวิทยาศาสตร์ระหว่างการสังเกตการณ์เช่น Advanced LIGO และ Advanced Virgo ช่วยให้มีระดับความไวและการแบ่งปันข้อมูลที่ไม่เคยมีมาก่อน
เหตุการณ์นี้ไม่เพียง แต่ยืนยันการทำนายอายุหนึ่งศตวรรษที่ทำโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein แต่ยังนำไปสู่การปฏิวัติทางดาราศาสตร์ นอกจากนี้ยังระงับความหวังของนักวิทยาศาสตร์บางคนที่เชื่อว่าหลุมดำสามารถอธิบายถึงมวลที่หายไปของจักรวาล น่าเสียดายที่การศึกษาใหม่โดยทีมนักฟิสิกส์ UC Berkeley แสดงให้เห็นว่าหลุมดำไม่ใช่แหล่งกำเนิดของ Dark Matter ที่ต้องการมานาน
การศึกษาของพวกเขา“ ข้อ จำกัด เกี่ยวกับวัตถุที่มีขนาดกะทัดรัดของดาวฤกษ์เป็นสสารมืดจากเลนส์ความโน้มถ่วงของ Type Ia Supernovae“ เพิ่งปรากฏใน จดหมายทบทวนทางกายภาพ. การศึกษาครั้งนี้นำโดย Miguel Zumalacarregu ซึ่งเป็นเพื่อนร่วมงานระดับโลกของ Marie Curie ที่ Berkeley Center for Cosmological Physics (BCCP) โดยได้รับการสนับสนุนจาก Uros Seljak ศาสตราจารย์ด้านจักรวาลวิทยาและผู้อำนวยการร่วมของ BCCP
เพื่อกล่าวอย่างเรียบง่าย Dark Matter ยังคงเป็นหนึ่งในความลึกลับที่ยากจะเข้าใจและมีปัญหาที่นักดาราศาสตร์เผชิญอยู่ทุกวันนี้ แม้จะมีข้อเท็จจริงที่ว่ามันประกอบไปด้วย 84.5% ของสสารในจักรวาล แต่ความพยายามทั้งหมดที่ค้นพบว่ามันล้มเหลวไปแล้ว ผู้สมัครหลายคนได้รับการเสนอชื่อตั้งแต่อนุภาคเบา (axions) ไปจนถึงอนุภาคขนาดใหญ่ (WIMPS) และอนุภาคขนาดเล็กแบบ Halo ที่มีปฏิสัมพันธ์อย่างอ่อนแรง (Macho)
อย่างไรก็ตามผู้สมัครเหล่านี้มีจำนวนมากตามลำดับ 90 ซึ่งนักทฤษฎีหลายคนพยายามแก้ไขโดยเสนอว่าอาจมีสสารมืดหลายประเภท อย่างไรก็ตามสิ่งนี้จะต้องมีคำอธิบายที่แตกต่างกันสำหรับต้นกำเนิดของพวกเขาซึ่งจะทำให้มีความซับซ้อนของแบบจำลองทางดาราศาสตร์มากขึ้นเท่านั้น ดังที่ Miguel Zumalacárreguiอธิบายในการแถลงข่าว UC Berkeley ล่าสุด:
“ ฉันจินตนาการได้ว่ามันเป็นหลุมดำสองประเภทคือหลุมที่หนักและเบามากหรือหลุมดำและอนุภาคใหม่ แต่ในกรณีนั้นหนึ่งในองค์ประกอบคือคำสั่งของขนาดที่หนักกว่าชิ้นส่วนอื่น ๆ และพวกเขาจะต้องมีการผลิตในความอุดมสมบูรณ์เทียบเท่า เราจะเปลี่ยนจากสิ่งที่เกี่ยวกับดาราศาสตร์ไปเป็นสิ่งที่มีขนาดเล็กมากบางทีอาจเป็นสิ่งที่เบาที่สุดในจักรวาลและมันก็ยากที่จะอธิบายได้”
เพื่อประโยชน์ในการศึกษาของพวกเขาทีมได้ทำการวิเคราะห์ทางสถิติของซุปเปอร์โนวาที่สว่างที่สุดที่ค้นพบ (ณ ปี 2014) 740 เพื่อตรวจสอบว่ามีการขยายหรือสว่างโดยการมีหลุมดำแทรกอยู่หรือไม่ ปรากฏการณ์นี้ซึ่งแรงโน้มถ่วงของวัตถุขนาดใหญ่ขยายแสงที่มาจากวัตถุระยะไกลมากขึ้นเรียกว่า "เลนส์แรงโน้มถ่วง"
โดยทั่วไปถ้าหลุมดำเป็นรูปแบบของสสารที่มีความสำคัญในจักรวาลซุปเปอร์โนวาที่ขยายตัวด้วยแรงโน้มถ่วงจะเกิดขึ้นค่อนข้างบ่อยเนื่องจากหลุมดำในยุคแรกเริ่ม รูปแบบของหลุมดำสมมุติเหล่านี้เชื่อว่าเกิดขึ้นภายในไม่กี่มิลลิวินาทีแรกหลังจากบิ๊กแบงในบางส่วนของจักรวาลที่มีมวลรวมอยู่ที่มวลดวงอาทิตย์เป็นสิบหรือหลายร้อยดวงทำให้หลุมดำที่เร็วที่สุดก่อตัวขึ้น
การปรากฏตัวของประชากรหลุมดำนี้รวมถึงวัตถุที่มีขนาดใหญ่มากจะโค้งงอและขยายแสงจากวัตถุที่อยู่ไกลออกไปสู่โลก นี่จะเป็นจริงโดยเฉพาะอย่างยิ่งกับซุปเปอร์โนวาประเภท Ia ซึ่งอยู่ห่างไกลซึ่งนักดาราศาสตร์ใช้มานานหลายสิบปีในฐานะแหล่งความสว่างมาตรฐานสำหรับการวัดระยะทางจักรวาลและอัตราการขยายตัวของเอกภพ
อย่างไรก็ตามหลังจากทำการวิเคราะห์ทางสถิติที่ซับซ้อนของข้อมูลเกี่ยวกับความสว่างและระยะทางของซุปเปอร์โนวา 740 - 580 ในสหภาพและ 740 ในแค็ตตาล็อกแคตตาล็อกการวิเคราะห์เส้นโค้งร่วม (JLA) - ทีมสรุปว่าแปดซุปเปอร์โนวาควรสว่างกว่า เพียงไม่กี่สิบเปอร์เซ็นต์จากที่เคยมีการสังเกตในอดีต อย่างไรก็ตามไม่มีการตรวจจับความสว่างเช่นนี้แม้ว่าจะพบว่ามีหลุมดำมวลต่ำ
“ คุณไม่สามารถเห็นผลกระทบนี้กับซูเปอร์โนวาเดียว แต่เมื่อคุณรวมพวกมันทั้งหมดเข้าด้วยกันและทำการวิเคราะห์แบบเบย์แบบเต็มคุณจะเริ่มวางข้อ จำกัด ที่แข็งแกร่งมากในสสารมืดเพราะซุปเปอร์โนวาแต่ละตัวมีค่าและคุณมีจำนวนมาก
จากการวิเคราะห์พวกเขาสรุปว่าหลุมดำสามารถสร้างสสารมืดได้ไม่เกิน 40% ในจักรวาล หลังจากรวมซุปเปอร์โนวาที่สว่างกว่า 1,048 ดวงจากแคตตาล็อก Pantheon (และในระยะทางไกลกว่า) ข้อ จำกัด ก็ยิ่งเข้มงวดยิ่งขึ้น ด้วยชุดข้อมูลที่สองนี้พวกเขาได้รับขีด จำกัด บนที่ต่ำกว่า - 23% - กว่าในการวิเคราะห์เดิมของพวกเขา
ผลลัพธ์เหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าสสารใด ๆ ในจักรวาลไม่มีหลุมดำขนาดใหญ่หรือวัตถุขนาดใหญ่ที่คล้ายกันอย่าง Macho “ เราจะกลับไปที่การอภิปรายมาตรฐาน” Seljak กล่าว “ สสารมืดคืออะไร? แน่นอนว่าเราหมดทางเลือกที่ดี นี่เป็นความท้าทายสำหรับคนรุ่นอนาคต”
การศึกษาครั้งนี้มีพื้นฐานมาจากการวิจัยก่อนหน้านี้ที่จัดทำโดย Seljak ในปลายปี 1990 เมื่อนักวิทยาศาสตร์กำลังพิจารณา Macho และวัตถุขนาดใหญ่อื่น ๆ ที่เป็นแหล่งของสสารมืดที่เป็นไปได้ อย่างไรก็ตามการศึกษามีข้อ จำกัด เนื่องจากข้อเท็จจริงที่ว่ามีเพียงซุปเปอร์โนวาประเภท Ia ที่อยู่ห่างไกลเพียงเล็กน้อยเท่านั้นที่ถูกค้นพบหรือวัดระยะทางในเวลานั้น
นอกจากนี้การค้นหา Dark Matter เปลี่ยนหลังจากนั้นไม่นานจากวัตถุขนาดใหญ่ไปเป็นอนุภาคพื้นฐาน (เช่น WIMP) เป็นผลให้แผนสำหรับการติดตามการศึกษาไม่เป็นจริง แต่ด้วยการสังเกต LIGO ของคลื่นความโน้มถ่วงการเชื่อมต่อที่เป็นไปได้ระหว่างหลุมดำและสสารมืดโผล่ออกมาอีกครั้งและเป็นแรงบันดาลใจ Seljak และZumalacárreguiเพื่อทำการวิเคราะห์
“ สิ่งที่น่าสนใจก็คือมวลของหลุมดำในเหตุการณ์ LIGO นั้นถูกต้องที่หลุมดำนั้นยังไม่ถูกแยกออกเป็นสสารมืด” Seljak กล่าว “ นั่นเป็นเรื่องบังเอิญที่น่าสนใจที่ทำให้ทุกคนตื่นเต้น แต่มันเป็นเรื่องบังเอิญ”
ทฤษฎีของ Dark Matter ได้ถูกนำมาใช้อย่างเป็นทางการในช่วงปี 1970 ในช่วง "ยุคทองของสัมพัทธภาพ" เพื่ออธิบายถึงความแตกต่างระหว่างมวลของวัตถุในเอกภพกับผลกระทบความโน้มถ่วงที่สังเกตได้ ปรากฏว่าครึ่งศตวรรษต่อมาเรายังคงพยายามติดตามมวลลึกลับที่มองไม่เห็นนี้ แต่จากการศึกษาทุกครั้งจะมีการวางข้อ จำกัด เพิ่มเติมในเรื่อง Dark Matter และผู้สมัครที่เป็นไปได้
เวลาที่กำหนดเราอาจปลดล็อกความลึกลับทางจักรวาลนี้และเข้าใกล้การทำความเข้าใจว่าจักรวาลก่อตัวและวิวัฒนาการอย่างไร
