การวิเคราะห์การตรวจจับคลื่นโน้มถ่วงแนะนำต้นกำเนิด บาคาร่า ของมวลการรวมตัวหลุมดำที่สร้างคลื่นความโน้มถ่วงครั้งแรกที่ตรวจพบอาจมีต้นกำเนิดที่แปลกใหม่ในเอกภพยุคแรก
เมื่อ Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO มองเห็นคลื่นความโน้มถ่วงจากหลุมดำสองหลุมที่รวมตัวกัน นักวิทยาศาสตร์รู้สึกประหลาดใจที่หลุมดำมีขนาดใหญ่เพียงใด — ประมาณ 30 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ ( SN: 3/5/16, p . 6 ) โดยได้รับแรงบันดาลใจจากการค้นพบที่ผิดปกตินี้ เอกสารสองฉบับที่ตีพิมพ์ในPhysical Review Lettersเสนอว่าหลุมดำขนาดมหึมานั้นถือกำเนิดขึ้นในวัยทารกของจักรวาล
ต่างจากหลุมดำที่ก่อตัวจากดาวฤกษ์ที่กำลังยุบตัว
หลุมดำดึกดำบรรพ์ดังกล่าวอาจเกิดขึ้นเมื่อบริเวณที่หนาแน่นของเอกภพยุคแรกๆ ยุบตัวลงภายใต้แรงโน้มถ่วงของพวกมันเอง บางทฤษฎีแนะนำ หากมีอยู่จริง หลุมดำในยุคดึกดำบรรพ์ก็สามารถไขปริศนาอื่นๆ ได้เช่นกัน: เอกลักษณ์ของสสารมืด แหล่งกำเนิดมวลที่ไม่รู้จักในจักรวาลที่รวมกาแล็กซีและกระจุกดาราจักรเข้าด้วยกัน หลุมดำในยุคดึกดำบรรพ์สามารถประกอบขึ้นเป็นมวลที่หายไปของเอกภพ ซึ่งเป็นแนวคิดที่ขัดกับทฤษฎีที่ได้รับความนิยมมากกว่าที่ว่าสสารมืดประกอบด้วยอนุภาคที่ตรวจไม่พบ
ทีมนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ชาวญี่ปุ่นรายงานเมื่อวันที่ 2 สิงหาคมว่าหลุมดำของ LIGO อาจเป็นหลุมดำในยุคดึกดำบรรพ์และหากเป็นเช่นนั้น พวกมันอาจประกอบขึ้นเป็นบางส่วนของสสารมืดของจักรวาล นักวิทยาศาสตร์ของมหาวิทยาลัย Johns Hopkins รายงานเมื่อวันที่ 19 พฤษภาคมว่าอัตราการรวมตัวของหลุมดำโดยประมาณของ LIGO ตรงกับที่คาดไว้จากสสารมืดของหลุมดำ ในยุค แรก
หลุมดำขนาดใหญ่กว่าที่คาดไว้ของ LIGO ทำให้นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ Simeon Bird และเพื่อนร่วมงานที่ Johns Hopkins University สงสัยว่า “แย่จัง – คาดไม่ถึง – จะมีอะไรอีก” นกพูดว่า. การวิจัยก่อนหน้านี้ได้แยกแยะสสารมืดของหลุมดำในยุคแรกสำหรับทุกคนยกเว้นช่วงมวลที่แคบ แต่ระยะที่อนุญาตนั้นเกิดขึ้นทับซ้อนกับมวลของหลุมดำที่ LIGO ค้นพบ
จากความรู้ของนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับคุณสมบัติของสสารมืด Bird และเพื่อนร่วมงานประมาณว่า LIGO คาดว่าจะเห็นการรวมตัวของหลุมดำดึกดำบรรพ์โดยถือว่าพวกมันเป็นแหล่งกำเนิดของสสารมืดบ่อยเพียงใด อัตรานี้ตรงกับอัตราการตรวจจับโดยประมาณของ LIGO โดยสมมติว่าการควบรวมกิจการหลุมดำขนาดใหญ่อย่างไม่คาดคิดที่ LIGO เคยเห็นมานั้นไม่ใช่ความบังเอิญ แม้ว่าการประมาณการทั้งสองจะมีข้อผิดพลาดมาก แต่ข้อตกลงของพวกเขาระบุว่าสสารมืดอาจประกอบด้วยหลุมดำยุคแรกเริ่ม
ทีมญี่ปุ่นรายงานว่า LIGO สามารถตรวจพบหลุมดำในยุคดึกดำบรรพ์ได้เช่นเดียวกัน
แต่นักวิจัยพบว่าหลุมดำดึกดำบรรพ์ดังกล่าวสามารถอธิบายสสารมืดได้เพียงเล็กน้อยเท่านั้น ความเหลื่อมล้ำนี้ทำให้เกิดข้อสันนิษฐานที่แตกต่างกันเกี่ยวกับการที่หลุมดำยุคแรกเริ่มจัดกลุ่มเป็นคู่ก่อนที่จะรวมเข้าด้วยกัน
มิซาโอะ ซาซากิ นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยเกียวโตในญี่ปุ่นกล่าวว่า “สิ่งสำคัญคือสามารถทดสอบสิ่งนี้ได้ ข้อมูลเพิ่มเติมจาก LIGO หรือการศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับพื้นหลังไมโครเวฟในจักรวาล – แสงที่เหลืออยู่จากผลพวงของบิ๊กแบง – อาจแยกหลุมดำในยุคแรกเริ่มออกไปได้
เพื่อให้เข้าใจหลุมดำของ LIGO ได้ดีขึ้น “เราจำเป็นต้องทำการตรวจจับเพิ่มเติม” Chad Hanna นักวิทยาศาสตร์ของ LIGO จาก Penn State University กล่าว (LIGO ยังตรวจพบการรวมตัวของหลุมดำครั้งที่สอง ( SN: 7/9/16, p. 8 ) แต่หลุมดำเหล่านั้นมีขนาดเล็กกว่า ซึ่งบ่งชี้ว่าก่อตัวจากดาวฤกษ์)
ในที่สุด สัญญาณที่ละเอียดอ่อนของหลุมดำดึกดำบรรพ์อาจปรากฏในข้อมูลคลื่นโน้มถ่วง เบอร์นาร์ด คาร์แห่งมหาวิทยาลัยควีนแมรีแห่งลอนดอนกล่าว ความเบี้ยวของหลุมดำที่โคจรรอบกันและกัน – เส้นทางของพวกมันเป็นวงรี – สามารถบ่งบอกว่าหลุมดำเป็นหลุมดำดึกดำบรรพ์หรือมาตรฐานหรือไม่ Carr กล่าว “มันน่าตื่นเต้นขึ้นเล็กน้อยสำหรับความคิดของฉัน ถ้าพวกมันกลายเป็นหลุมดำยุคแรกเริ่ม”
เพื่อป้องกันการแตก นักวิทยาศาสตร์ได้ปรับพื้นผิวของเพชรให้เรียบเพื่อขจัดข้อบกพร่องและเคลือบอัญมณีในชั้นบาง ๆ ของอะลูมิเนียมออกไซด์เพื่อป้องกันไม่ให้ไฮโดรเจนกระจายภายในและสร้างรอยแตก นักวิจัยยังได้ทำให้การตั้งค่านี้เย็นลงที่อุณหภูมิ 83 เคลวิน (−190 องศาเซลเซียส) หรือต่ำกว่านั้น เมื่อนักวิทยาศาสตร์เร่งความดันขึ้น ไฮโดรเจนในตอนแรกจะเปลี่ยนเป็นสีดำ ซึ่งบ่งชี้ถึงเฟสของสารกึ่งตัวนำที่เป็นไปได้ จากนั้นจึงกลายเป็นการสะท้อนแสง ซึ่งบ่งชี้ว่าเป็นโลหะ ไฮโดรเจนที่เป็นโลหะอาจเป็นของแข็งหรือของเหลวก็ได้ Silvera กล่าว
แต่การทดลองดังกล่าวค่อนข้างยุ่งยาก มีนักวิจัยเพียงไม่กี่ทีมในโลกเท่านั้นที่สามารถทำได้ หลุมพรางประการหนึ่งอาจเป็นได้ว่าไฮโดรเจนหนีออกจากห้องโดยที่นักวิทยาศาสตร์ไม่รู้ตัว อย่างไรก็ตาม Silvera กล่าวว่า “เรามั่นใจว่าเรามีไฮโดรเจนอยู่ในนั้น”
การทดลองโลหะไฮโดรเจนก่อนหน้านี้บางส่วนได้ตรวจสอบไฮโดรเจนในขณะที่ความดันเพิ่มขึ้นเพื่อช่วยให้แน่ใจว่าไฮโดรเจนจะไม่หลบหนีและเพื่อศึกษาวิวัฒนาการของมัน ในการทำเช่นนั้น นักวิทยาศาสตร์ใช้เทคนิคที่เรียกว่า Raman spectroscopy ซึ่งเกี่ยวข้องกับการฉายแสงเลเซอร์ผ่านเพชรและสังเกตแสงที่กระจัดกระจาย แต่ด้วยแรงกดดันที่สูงขนาดนี้ เลเซอร์อาจทำให้เพชรแตกได้ Silvera กล่าว ดังนั้นนักวิจัยจึงใช้เลเซอร์หลังจากที่ตัวอย่างไปถึงสถานะโลหะเท่านั้น บาคาร่า / ลายสัก
