กล้องโทรทรรศน์อวกาศ JWST อาจได้พิสูจน์แนวคิดของสตีเฟน ฮอว์คิง “หลุมดำบรรพกาลคือสสารมืด”

สสารมืด (dark matter) ซึ่งคิดเป็นส่วนประกอบถึงกว่า 80% ของสสารทั้งหมดในจักรวาล ยังคงเป็นปริศนาที่นักวิทยาศาสตร์ยังไม่ทราบแน่ชัดว่ามันคืออะไรและมีที่มาจากไหนกันแน่

แต่ล่าสุดแนวคิดที่ระบุว่าสสารมืดเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดจากหลุมดำบรรพกาล (primordial black holes) ซึ่งสตีเฟน ฮอว์คิง และเบอร์นาร์ด คาร์ ได้เคยร่วมกันเสนอไว้ตั้งแต่ปี 1971 เพิ่งได้รับการปรับปรุงใหม่ให้อธิบายเรื่องที่มาของสสารมืดได้แจ่มแจ้งชัดเจนขึ้น โดยทีมนักฟิสิกส์ผู้ปรับปรุงแนวคิดดังกล่าวหวังว่า กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เว็บบ์ (JWST) ที่เพิ่งออกเดินทางไปในห้วงอวกาศ จะสามารถค้นพบหลักฐานที่พิสูจน์ความถูกต้องของแนวคิดนี้ได้ในที่สุด

แม้หลุมดำที่เกิดจากการยุบตัวของดาวฤกษ์ซึ่งเราตรวจพบได้ทั่วไปในปัจจุบัน จะไม่ใช่แหล่งที่มาของสสารมืด แต่แนวคิดดั้งเดิมของฮอว์คิงและคาร์ชี้ว่า หลังการขยายตัวครั้งใหญ่ที่ให้กำเนิดเอกภพหรือบิ๊กแบงไม่นาน สสารที่กระจายตัวออกอย่างไม่สม่ำเสมอทำให้บางตำแหน่งมีความหนาแน่นสูง จนยุบตัวกลายเป็นหลุมดำรุ่นแรกในยุคบรรพกาล ในขณะที่ยังไม่มีดาวฤกษ์หรือดาราจักรเกิดขึ้น

หลุมดำบรรพกาลซึ่งถือกำเนิดในช่วงที่เอกภพยังมืดมิดอยู่ เป็นตัวการทำให้สสารมาเกาะกลุ่มกันและพัฒนาไปเป็นดวงดาวรวมทั้งกาแล็กซีต่าง ๆ ซึ่งก็คือบทบาทของสสารมืดนั่นเอง

อย่างไรก็ตาม นักฟิสิกส์ส่วนใหญ่ในยุคก่อนหน้านี้ไม่ค่อยให้การยอมรับแนวคิดข้างต้น เพราะขัดแย้งกับหลักฐานจากรังสีไมโครเวฟพื้นหลังของเอกภพ (CMB) ทำให้วงการวิทยาศาสตร์พากันไปมุ่งหาคำตอบเรื่องสสารมืดจากอนุภาคแปลกประหลาดชนิดต่าง ๆ แทน แต่ก็ยังไม่ได้ข้อสรุป

ต่อมาในปี 2015 อุปกรณ์สังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วง LIGO สามารถตรวจจับคลื่นสัญญาณที่ส่งมาจากคู่หลุมดำขนาดยักษ์ที่ชนและรวมตัวกันได้เป็นครั้งแรก โดยขนาดที่ไม่ธรรมดาของหลุมดำทั้งสองชี้ว่า พวกมันถือกำเนิดในยุคบรรพกาลหลังเกิดเหตุการณ์บิ๊กแบงได้ไม่นาน ทำให้ความสนใจในแนวคิดของฮอว์คิงและคาร์ถูกรื้อฟื้นขึ้นมาอีกครั้ง

ล่าสุดมีรายงานวิจัยที่เพิ่งผ่านการตอบรับเพื่อลงตีพิมพ์ในวารสาร The Astrophysical Journal เผยถึงการปรับปรุงแนวคิดเรื่องหลุมดำบรรพกาลของฮอว์คิงให้อธิบายถึงที่มาของสสารมืดได้ดีขึ้น โดยทีมผู้วิจัยตั้งสมมติฐานว่า หากหลุมดำบรรพกาลมีขนาดจำกัดโดยมีมวลเพียง 1.4 เท่าของดวงอาทิตย์แล้ว มันจะสามารถแทนที่สสารมืดทั้งหมดในจักรวาลได้อย่างพอดิบพอดี

ทีมผู้วิจัยซึ่งประกอบด้วยนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเยลและมหาวิทยาลัยไมอามีของสหรัฐฯ รวมทั้งผู้เชี่ยวชาญจากองค์การอวกาศยุโรป (ESA) ได้พิสูจน์สมมติฐานข้างต้นกับแบบจำลองคอมพิวเตอร์ จนพบว่าหลุมดำบรรพกาลขนาดเล็กนั้นสามารถจะเป็นต้นกำเนิดของดวงดาว กาแล็กซี และหลุมดำมวลยิ่งยวด (SMBH) ที่มีอยู่ตรงใจกลางของดาราจักรทุกแห่งได้อย่างไม่ต้องสงสัย

"ผลการศึกษานี้ชี้ให้เห็นว่า เราสามารถจะอธิบายเรื่องสสารมืดได้ด้วยแนวคิดที่เรียบง่าย โดยไม่ต้องไปค้นหาอนุภาคชนิดใหม่หรือคิดค้นกฎทางฟิสิกส์แบบใหม่ขึ้นมาให้เหนื่อยยาก" ดร. นิโค แคปเปลลูติ หนึ่งในทีมผู้วิจัยจากมหาวิทยาลัยไมอามีกล่าว

ดร. ปรียัมวทา นาฏราชัน สมาชิกของทีมวิจัยอีกผู้หนึ่งจากมหาวิทยาลัยเยลบอกว่า กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เว็บบ์ (JWST) ที่เพิ่งออกเดินทางไปในห้วงอวกาศและอยู่ระหว่างการติดตั้ง จะสามารถค้นพบหลักฐานที่พิสูจน์ความถูกต้องของแนวคิดเรื่องหลุมดำบรรพกาลคือสสารมืดได้ในที่สุด เนื่องจากกล้อง JWST เป็นอุปกรณ์ที่มองเห็นห้วงอวกาศลึก จนสามารถย้อนไปถึงช่วงเวลาที่ดาวฤกษ์ดวงแรกและดาราจักรแห่งแรกเกิดขึ้นได้

ขณะนี้กล้อง JWST อยู่ห่างจากโลกมากกว่า 800,000 กิโลเมตรแล้ว ถือว่ามาไกลเกินครึ่งหนึ่งของระยะทางไปสู่ตำแหน่งประจำการที่จุดสมดุลแรงโน้มถ่วง L2 ซึ่งถือว่าเร็วกว่าที่คาดการณ์ไว้มาก

ส่วนการคลี่กางชิ้นส่วนต่าง ๆ ของกล้องระหว่างเดินทางนั้น ขณะนี้ได้กางฉากบังแสงอาทิตย์ (sun shield) ซึ่งบอบบางและพับทบกันไว้หลายชั้นออกมาในขั้นต้นแล้ว โดยขั้นตอนต่อไปจะเป็นการดึงฉากบังแสงนี้ให้ตึงและแยกออกจากกันเป็น 5 ชั้น ซึ่งเป็นขั้นตอนที่สำคัญและต้องระมัดระวังมากทีเดียว