หลุมดำ (Black Hole) คือ วัตถุที่มีแรงโน้มถ่วงมหาศาลจนแม้แต่แสงก็ไม่สามารถหนีออกจากได้ หลุมดำเกิดขึ้นจากการยุบตัวของดาวฤกษ์ที่มีมวลมาก เมื่อดาวฤกษ์สิ้นอายุขัย แรงโน้มถ่วงของดาวฤกษ์จะดึงดูดมวลของมันเข้าหากันจนกลายเป็นหลุมดำ
นักดาราศาสตร์ได้ค้นพบหลุมดำมาแล้วหลายประเภท เช่น
- หลุมดำมวลยักษ์ (Supermassive Black Hole) เป็นหลุมดำที่มีมวลมากถึงหลายล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ พบได้ในใจกลางของกาแลคซีต่างๆ
- หลุมดำมวลกลาง (Intermediate-mass Black Hole) เป็นหลุมดำที่มีมวลอยู่ระหว่างหลุมดำมวลยักษ์กับหลุมดำมวลดาว
- หลุมดำมวลดาว (Stellar-mass Black Hole) เป็นหลุมดำที่มีมวลเท่ากับหรือน้อยกว่ามวลดวงอาทิตย์ พบได้ทั่วไปในกาแลคซี
การประมาณจำนวนหลุมดำในจักรวาลนั้นทำได้ยาก เนื่องจากหลุมดำส่วนใหญ่ไม่สามารถสังเกตเห็นได้โดยตรง เราสามารถประมาณจำนวนหลุมดำได้โดยใช้วิธีต่างๆ เช่น
- การสังเกตการณ์หลุมดำมวลยักษ์
- การคำนวณอัตราการเกิดและดับของดาวฤกษ์
- การศึกษารังสีคอสมิกไมโครเวฟเบื้องหลัง
จากการสังเกตการณ์หลุมดำมวลยักษ์ นักดาราศาสตร์พบว่ากาแลคซีส่วนใหญ่มีหลุมดำมวลยักษ์อยู่ตรงใจกลาง หากเราสมมติว่ากาแลคซีทุกกาแลคซีมีหลุมดำมวลยักษ์ จักรวาลก็จะมีหลุมดำมวลยักษ์ประมาณ 10^10-10^11 หลุม
จากการคำนวณอัตราการเกิดและดับของดาวฤกษ์ นักดาราศาสตร์พบว่าดาวฤกษ์เกิดใหม่ประมาณ 100 ล้านดวงต่อปี และดาวฤกษ์ดับประมาณ 100 ล้านดวงต่อปี หากเราสมมติว่าอัตราการเกิดและดับของดาวฤกษ์คงที่มาตลอดระยะเวลา 13.8 พันล้านปี จักรวาลก็จะมีหลุมดำมวลดาวประมาณ 10^11-10^12 หลุม
จากการศึกษารังสีคอสมิกไมโครเวฟเบื้องหลัง นักดาราศาสตร์พบว่าจักรวาลมีอัตราการขยายตัวที่เพิ่มขึ้น หมายความว่าจักรวาลมีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ หากเราสมมติว่าจักรวาลมีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ โดยไม่สิ้นสุด จักรวาลก็จะมีหลุมดำไม่จำกัดจำนวน
ความเป็นไปได้ของจำนวนหลุมดำในจักรวาล
จากวิธีต่างๆ ข้างต้น นักดาราศาสตร์ประมาณว่าจักรวาลมีหลุมดำประมาณ 10^10-10^12 หลุม อย่างไรก็ตาม ยังมีข้อจำกัดในการประมาณจำนวนหลุมดำในจักรวาล ตัวอย่างเช่น
- การสังเกตการณ์หลุมดำมวลยักษ์เป็นเพียงการสังเกตการณ์ในบริเวณเล็กๆ ของจักรวาล เป็นไปได้ว่ายังมีกาแลคซีอื่นๆ อีกมากมายในจักรวาลที่ยังไม่ได้ถูกค้นพบ
- การคำนวณอัตราการเกิดและดับของดาวฤกษ์ขึ้นอยู่กับสมมติฐานต่างๆ เช่น อัตราการเกิดและดับของดาวฤกษ์คงที่มาตลอดระยะเวลา 13.8 พันล้านปี สมมติฐานเหล่านี้อาจไม่เป็นความจริง
- การศึกษารังสีคอสมิกไมโครเวฟเบื้องหลังไม่สามารถบอกได้ว่าจักรวาลมีขอบเขตหรือไม่ หากจักรวาลมีขอบเขต จักรวาลก็มีจำนวนหลุมดำจำกัด
ในอนาคต นักดาราศาสตร์ยังคงศึกษาและสำรวจจักรวาลอย่างต่อเนื่อง เพื่อหาคำตอบเกี่ยวกับจำนวนหลุมดำในจักรวาล หากนักดาราศาสตร์สามารถหาคำตอบได้สำเร็จ จะเป็นก้าวสำคัญในการไขปริศนาของจักรวาล
