สมาคมดาราศาสตร์ไทย

หรือว่า "ดาวเคราะห์หมายเลข 9" แท้จริงแล้วเป็นหลุมดำจิ๋ว?

หรือว่า "ดาวเคราะห์หมายเลข 9" แท้จริงแล้วเป็นหลุมดำจิ๋ว?

23 ต.ค. 2562
รายงานโดย: วิมุติ วสะหลาย (wimut@hotmail.com)
ไกลออกไปนอกเขตวงโคจรของดาวเนปจูนอันเป็นดาวเคราะห์ดวงนอกสุดของระบบสุริยะ เป็นอาณาเขตของวัตถุอีกประเภทหนึ่ง มีขนาดเล็กกว่าดาวเคราะห์ทั่วไป เรียกว่า วัตถุพ้นดาวเนปจูน (trans-Neptunian objects) นักดาราศาสตร์พบวัตถุประเภทนี้แล้วหลายดวง ดาวพลูโตที่เคยนับเป็นดาวเคราะห์ก็จัดเป็นวัตถุพ้นดาวเนปจูนเช่นเดียวกัน วัตถุขนาดเล็กที่อยู่ห่างไกลเช่นนั้น หากไม่อยู่ใต้อิทธิพลของวัตถุอื่นใดนอกจากดวงอาทิตย์ ก็ควรมีวงโคจรหลากหลายกระจัดกระจายไปอย่างไม่มีการเข้ากลุ่มกัน แต่เมื่อปี 2559 นักดาราศาสตร์พบว่าวัตถุพ้นดาวเนปจูนจำนวนหนึ่งมีวงโคจรคล้ายกัน มีแกนหลักของวงโคจรชี้ไปทางเดียวกัน จึงมีการสันนิษฐานว่าต้องมีวัตถุมวลสูงที่โคจรอยู่รอบนอกของระบบสุริยะมารบกวนจึงจะทำให้มีวงโคจรเกาะกลุ่มเช่นนี้ได้ 

วงโคจรของวัตถุพ้นดาวเนปจูนบางดวงที่พบว่ามีการเกาะกลุ่มกันอย่างผิดสังเกต เป็นที่มาของทฤษฎีว่าอาจมีดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ที่ยังไม่ค้นพบโคจรอยู่ทีส่งแรงดึงดูดรบกวนจนทำให้วงโคจรเป็นเช่นนี้ นักดาราศาสตร์ตั้งชื่อไว้ล่วงหน้าว่า ดาวเคราะห์หมายเลขเก้า (จาก (Caltech/R. Hurt/IPAC))


การคำนวณหามวลของวัตถุที่มารบกวนนี้พบว่าน่าจะอยู่ในช่วง 10-20 เท่าของโลก ซึ่งหากมีการค้นพบวัตถุดวงนี้จริง ย่อมถูกจัดเป็นดาวเคราะห์อย่างไม่ต้องสงสัย นักดาราศาสตร์ถึงกับตั้งชื่อวัตถุลึกลับนี้ไว้ล่วงหน้าเลยว่า "ดาวเคราะห์หมายเลข 9" นับจากนั้น นักดาราศาสตร์จำนวนไม่น้อยต่างทุ่มเทค้นหาวัตถุดาวเคราะห์หมายเลข อย่างขมักเขม้น 

ในขณะที่นักดาราศาสตร์ส่วนใหญ่เชื่อว่าดาวเคราะห์หมายเลข มีอยู่จริงและกวาดกล้องมองหาอยู่ มีนักฟิสิกส์สองคนกลับมองถึงความเป็นไปได้อีกทางหนึ่ง

หนึ่งในนั้นคือ จาคับ โชลตซ์ นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยเดอรัมในอังกฤษ โชลตซ์กล่าวว่า บางทีวัตถุนั้นอาจไม่ใช่ดาวเคราะห์ก็ได้ แต่อาจเป็นสิ่งที่ลึกลับยิ่งกว่า เป็นวัตถุที่เกิดขึ้นในช่วงแรกของการกำเนิดเอกภพ เรียกว่า "หลุมดำดึกดำบรรพ์"

ที่บริเวณรอบนอกของระบบสุริยะ ห่างจากระยะของดาวเนปจูนออกไปไกล อาจมีดาวเคราะห์ที่มีมวลมากกว่าโลกราวสิบเท่าโคจรอยู่   (จาก NASA)



ปกติ หากเอ่ยถึงหลุมดำ คนทั่วไปมักนึกถึงวัตถุที่เกิดจากดาวฤกษ์มวลสูงยุบตัวลงเมื่อสิ้นอายุขัย มีความหนาแน่นสูงจนเป็นอนันต์ ล้อมรอบด้วยขอบฟ้าเหตุการณ์ซึ่งถือเป็นพรมแดนสุดท้ายที่แสงที่ผ่านเข้าไปใกล้จะมีโอกาสหลุดออกมาได้ หากสิ่งใดเข้าใกล้หลุมดำเกินระยะของขอบฟ้าเหตุการณ์ ก็จะไม่มีโอกาสกลับออกมาอีก แม้แต่แสงก็หลุดออกมาไม่ได้ หลุมดำประเภทนี้มีมวลใกล้เคียงกับดาวฤกษ์มวลสูง ซึ่งมากกว่าดวงอาทิตย์หลายเท่า

นักเอกภพวิทยาเชื่อว่ายังมีหลุมดำอีกชนิดหนึ่งที่มีต้นกำเนิดต่างไป เกิดขึ้นมาตั้งแต่ยุคที่เอกภพเริ่มกำเนิดขึ้น ขณะนั้นเอกภพยังไม่มีดาวฤกษ์ มีอุณหภูมิและความหนาแน่นมหาศาล ความไม่สม่ำเสมอของเอกภพทำให้สสารในบางบริเวณถูกบีบอัดจนมีความหนาแน่นเกินขีดจำกัด กลายเป็นหลุมดำขึ้นมา การที่เกิดขึ้นตั้งแต่ยุคเริ่มต้นของเอกภพ จึงมีชื่อเรียกว่า หลุมดำดึกดำบรรพ์ หลุมดำประเภทนี้มีมวลไม่สูงมาก แบบจำลองบางแบบแสดงว่าหลุมดำดึกดำบรรพ์มีมวลเพียงไม่กี่เท่าของโลกเท่านั้น หลุมดำที่มีมวลระดับนี้มีขนาดของขอบฟ้าเหตุการณ์เล็กมาก จึงมีชื่อเรียกอีกชื่อว่า หลุมดำจิ๋ว

นักดาราศาสตร์บางคนกล่าวว่า ดาวเคราะห์หมายเลข  แท้จริงแล้วไม่ใช่ดาวเคราะห์ หากแต่เป็นหลุมดำขนาดจิ๋ว (จาก nagualdesign/Tom Ruen/Wikimedia commons)


"หลุมดำที่มีมวลมากกว่าโลกห้าเท่าจะมีขนาดของขอบฟ้าเหตุการณ์ใกล้เคียงกับผลองุ่นเท่านั้น หลุมดำที่มีมวลสิบเท่าของโลกก็จะมีขนาดของขอบฟ้าเหตุการณ์ประมาณลูกโบว์ลิ่ง" เจมส์ อันวิน นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยชิคาโก หนึ่งในผู้ร่วมงานวิจัยกับโชลตซ์อธิบาย 

แต่ขนาดไม่ใช่เรื่องสำคัญ มวลต่างหากที่มีผลต่อวัตถุดวงอื่น หากหลุมดำจิ๋วดวงหนึ่งเข้ามาในระบบสุริยะ หลุมดำนั้นก็อาจโคจรรอบดวงอาทิตย์เช่นเดียวกับดาวเคราะห์ดวงหนึ่ง หากมีมวลเท่ากับดาวเคราะห์หมายเลข และโคจรในตำแหน่งเดียวกับดาวเคราะห์หมายเลข ก็จะส่งแรงดึงดูดรบกวนวัตถุดวงอื่นเช่นเดียวกับดาวเคราะห์หมายเลข 9

อีกสิ่งหนึ่งที่ดาวเคราะห์หมายเลขเก้ากับหลุมดำบรรพ์เป็นเหมือนกันก็คือ ทั้งสองยังเป็นวัตถุตามทฤษฎีเท่านั้น ยังไม่มีการพบวัตถุเช่นนี้จริง ๆ เลย 

อย่างไรก็ตาม มีหลักฐานบางอย่างที่แสดงว่าหลุมดำดึกดำบรรพ์อาจมีอยู่จริง

มีโครงการสำรวจท้องฟ้าโครงการหนึ่งชื่อว่าโอเกิล (OGLE--Optical Gravitational Lensing Experiment) ซึ่งดำเนินการอยู่ในโปแลนด์ การสำรวจนี้ทำโดยการกวาดกล้องไปทั่วท้องฟ้าเพื่อค้นหาปรากฏการณ์เลนส์จุลภาค ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่ดาวเคราะห์หรือวัตถุระดับดาวเคราะห์หรือดาวฤกษ์บังกัน แล้วความโน้มถ่วงของวัตถุที่บังได้เบี่ยงเบนลำแสงของวัตถุดวงที่อยู่ข้างหลังให้หักเหกลับเข้ามายังผู้สังเกตที่อยู่ที่ตำแหน่งโลก ความโน้มถ่วงของวัตถุที่บังทำหน้าที่คล้ายเลนส์นูนที่หักเหแสงที่ผ่านมาให้ลู่เข้าหากัน จึงเรียกว่าปรากฏการณ์เลนส์ความโน้มถ่วง

โอเกิลได้ตรวจพบปรากฏการณ์นี้ได้หลายครั้ง แต่มีประมาณหกครั้งที่ดูไม่เหมือนกับดาวบังกันธรรมดา เป็นปรากฏการณ์เลนส์จุลภาคที่กินเวลาสั้น ๆ ไม่ถึง 0.3 วัน แสดงว่าวัตถุที่มาบังมีมวลตั้งแต่ 0.5 20 มวลโลกเคลื่อนผ่านหน้าไปอย่างรวดเร็ว ซึ่งนี่ไม่ใช่ลักษณะของดาวเคราะห์ทั่วไป ทฤษฎีหนึ่งคือ บางทีวัตถุที่มาบังอาจเป็นดาวเคราะห์อิสระที่ไม่โคจรรอบดาวฤกษ์ดวงใด หากแต่เคลื่อนที่อย่างอิสระไปในอวกาศด้วยความเร็วสูง แต่ปัญหาคือ แบบจำลองดาวเคราะห์ที่ใช้อยู่ในปัจจุบันไม่แสดงว่ามีดาวเคราะห์อิสระอยู่มากนัก 

"มันก็น่าคิดว่าอาจจะเป็นหลุมดำดึกดำบรรพ์ก็ได้" อันวินกล่าว  

"ย่านมวลของทั้งสองก็สอดคล้องกันพอดี ดาวเคราะห์หมายเลขเก้าน่าจะมีมวลประมาณ 5-20 เท่าของโลก ส่วนหลักฐานจากโอเกิลก็ชี้ไปที่วัตถุมวลประมาณ 0.5-20 เท่าของโลก เป็นความบังเอิญที่เหลือเชื่อจริง ๆ"  โชลตซ์เสริม

ถ้าวัตถุลึกลับทั้งหกที่โอเกิลพบเป็นหลุมดำดึกดำบรรพ์จริง ก็จะอธิบายถึงวงโคจรที่ผิดสังเกตของวัตถุพ้นดาวเนปจูนบางดวงได้ และยังอธิบายปรากฏการณ์เลนส์จุลภาคแปลก ๆ ทั้งหกครั้งที่โอเกิลพบได้ด้วย นั่นจะเป็นการค้นพบที่สำคัญอย่างยิ่งต่อวงการเอกภพวิทยา เพราะจะเป็นการพิสูจน์ได้ว่าหลุมดำดึกดำบรรพ์มีจริง และมีอยู่อย่างมากมายในเอกภพอีกด้วย

อย่างไรก็ตาม นักฟิสิกส์ทั้งสองก็มิได้ถึงกับยืนยันว่าวัตถุนั้นจะเป็นหลุมดำจิ๋วจริง เพียงแต่เป็นการเสนอคำอธิบายอื่นที่เป็นไปได้ในฐานะนักฟิสิกส์ทฤษฎีเท่านั้น ซึ่งก็นับเป็นความเห็นที่ควรพิจารณา