ไขความลับวัตถุปริศนารอบหลุมดำใจกลางทางช้างเผือก
ภาพจากศิลปินแสดงวัตถุ G ในใจกลางกาแลคซี
สิ่งที่เคยจำแนกว่าเป็นเมฆฝุ่นและก๊าซก้อนหนึ่งในใจกลางกาแลคซีของเรา แท้จริงแล้วประกอบด้วยดาวอายุน้อยมากๆ สามดวง นี่เป็นผลสรุปจากการศึกษาใหม่ที่นำโดยนักวิทยาศาสตร์จากสถาบันดาราศาสตร์ฟิสกส์ มหาวิทยาลัยโคลน์, กล้องโทรทรรศน์ใหญ่มาก(VLT) ของหอสังเกตการณ์ทางใต้ของยุโรป(ESO) ซึ่งเป็นกล้องโทรทรรศน์ที่มีกระจกเส้นผ่าศูนย์กลาง 8.2 เมตรบนยอดเซร์โร พารานัล ในชิลี ให้ข้อมูลในการศึกษานี้ซึ่งเผยแพร่ใน Astrophysical Journal ดาวเหล่านี้เริ่มก่อตัวขึ้นเมื่อไม่ถึง 1 ล้านปีก่อน ซึ่งจัดว่ามีอายุน้อยมากๆ ในทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ เมื่อเปรียบเทียบแล้ว ดวงอาทิตย์ของเรามีอายุเกือบ 5 พันล้านปีแล้ว
ในปี 2011 มีการพบวัตถุหนึ่งโดยบังเอิญในข้อมูลอินฟราเรดที่ได้จาก VLT ได้เผยให้เห็นกระบวนการที่น่าเหลือเชื่อที่ใจกลางกาแลคซีของเรา จากการวิเคราะห์
พหุความยาวคลื่น นักวิทยาศาสตร์บอกว่ามันจะต้องเป็นเมฆก๊าซและฝุ่น ซึ่งได้ชื่อว่า G2 กำลังวิ่งเข้าสู่จุดที่เข้าใกล้หลุมดำในใจกลางทางช้างเผือกมากที่สุด นักดาราศาสตร์คาดว่าปฏิสัมพันธ์ของ G2 กับหลุมดำในใจกลางกาแลคซีของเรา Sgr A* น่าจะฉีก G2 ออกจากกัน ก๊าซและฝุ่นที่สะสมเข้าสู่หลุมดำจะทำให้หลุมดำเรืองสว่าง แต่สิ่งที่คาดการณ์ไว้ก็ไม่เกิดขึ้น เมื่อ G2 แทบไม่บุบสลาย ความจริงก็คือ เมื่อมันเข้าใกล้หลุมดำ G2 ยืดยาวออก และเมื่อมันพ้นจุดที่เข้าใกล้หลุมดำมากที่สุด มันก็กลับมามีรูปร่างกระชับขึ้นอีกครั้ง
ภาพอินฟราเรดซ้อนทับเหลื่อมเวลาแสดงตำแหน่งของวัตถุปริศนา G2 ใกล้ Sgr A* หลุมดำยักษ์ของทางช้างเผือก(ระบุด้วยกากบาท)
นอกจากนี้ ยังมีปัจจัยอื่นๆ ที่ทำให้นักดาราศาสตร์รอบโลกต้องปวดศีรษะและเติมเชื้อไฟการถกเถียงกัน เมื่อการศึกษาได้แสดงว่า G2 มีอุณหภูมิสูงเกือบสองเท่าของแหล่งฝุ่นอื่นๆ ที่อยู่รอบๆ คำอธิบายหนึ่งสำหรับอุณหภูมิของ G2 ก็คือจำนวนของดาวที่มากมายอย่างสุดขั้วในใจกลางทางช้างเผือก ดังนั้นดาวเหล่านี้จึงทำให้ G2 ร้อนขึ้น คำถามเดียวที่มีก็คือ แล้วเพราะเหตุใด แหล่งฝุ่นอื่นๆ ที่เหลือในใจกลางกาแลคซีจึงมีอุณหภูมิที่ต่ำกว่ามาก แน่นอนว่าตัดแหล่งความร้อนจากหลุมดำ Sgr A* ไปได้เลย อุณหภูมิของ G2 จะต้องเพิ่มขึ้นถ้าเมฆฝุ่นนี้เข้าใกล้หลุมดำมากขึ้น อย่างที่ควรจะเป็นเมื่อเราเข้าใกล้เครื่องทำความร้อนมากขึ้น อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิของ G2 คงที่ตลอดช่วงเวลาอันยาวนานแม้ว่าจะมีการเปลี่ยนแปลงระยะทางถึงหลุมดำ ยิ่งพิจารณา G2 อย่างละเอียดละออมากขึ้น ก็ยิ่งดูเหมือนวัตถุนี้จะไม่ใช่แค่เมฆฝุ่นและก๊าซธรรมดาแล้ว
ผลสรุปใหม่ได้แสดงว่า G2 แท้จริงแล้วประกอบด้วยดาวเดี่ยวสามดวงที่ถูกปกคลุมด้วยเมฆก๊าซและฝุ่นหนาทึบที่ให้กำเนิดพวกมัน Florian Peißker ผู้เขียนนำจากสถาบันดาราศาสตร์ฟิสิกส์ กล่าวว่า เรามีโอกาสได้สำรวจใจกลางของกาแลคซีด้วยตัวเราเองหลายครั้งด้วย VLT พร้อมกับข้อมูลจากคลังของ ESO เอง เราก็สามารถครอบคลุมช่วงเวลาตั้งแต่ 2005 ถึง 2019 โครงสร้างที่ไม่ปกติในข้อมูลยังมีประโยชน์อย่างมากในการระบุ G2 แต่ละพิกเซลในภาพที่ถ่ายไว้มีสเปคตรัมที่จำเพาะในรายละเอียดอย่างมาก สำหรับนักวิทยาศาสตร์สิ่งนี้ให้รายละเอียดมหาศาล แท้จริงแล้ว G2 ประกอบด้วยดาวอายุน้อย 3 ดวงที่กำลังพัฒนาตัว ไม่เคยพบดาวที่อายุน้อยกว่ากลุ่มนี้รอบๆ Sgr A* เลย
ภาพมุมกว้างแสดงใจกลางทางช้างเผือกในช่วงตาเห็น เผยให้เห็นเมฆดาวในกลุ่มดาวคนยิงธนู(Sagittarius) ภาพเต็มไปด้วยดาวจำนวนนับไม่ถ้วนแต่ก็ยังมีอีกมากมายที่ซ่อนอยู่หลังกลุ่มเมฆและฝุ่นที่จะปรากฏให้เห็นเฉพาะในภาพอินฟราเรด ภาพนี้ได้จากการถ่ายภาพในแสงสีแดงและฟ้า และเป็นส่วนหนึ่งของ Digitizied Sky Survey 2
เป็นที่ทราบกันดีว่าในใจกลางกาแลคซีของเรา มีประชากรดาวอายุน้อยประหลาดที่เรียกรวมๆ ว่า S-cluster Peißker บอกว่า G2 เองก็น่าจะจัดอยู่ในประชากรกลุ่มนี้ด้วย ดาวน่าจะมีกำเนิดในแหล่งอนุบาลดาวแห่งเดียวกัน ซึ่งก็สลายตัว โดยดาวแต่ละดวงก็แยกย้ายจากกันและมีเส้นทางใหม่รอบ Sgr A*
และแม้ว่ามันจะไม่เกี่ยวข้องกับ S-cluster G2 ก็น่าจะเป็นส่วนหนึ่งของกระจุกดาวขนาดใหญ่ในบางช่วงเวลา วัตถุแหล่งฝุ่นอื่นๆ ที่พบรอบ Sgr A* ก็คงเป็นสมาชิกของกระจุกนี้ด้วย ซึ่งถูกรบกวนโดยแรงโน้มถ่วงหลังจากขยับเข้าหาหลุมดำจากระยะไกลออกไป
ผลสรุปนี้เปิดประตูสู่คำถามการวิจัยที่น่าทึ่งมากขึ้นไปอีก ยกตัวอย่างเช่น แล้วดาวอายุน้อยเหล่านี้มาจากไหน สภาพแวดล้อมที่มีรังสีรุนแรงรอบหลุมดำมวลมหาศาลแห่งหนึ่ง ไม่ได้เป็นตำแหน่งที่ดีในการสร้างดาวอายุน้อย Peißker สรุปว่า ผลสรุปใหม่ให้แง่มุมที่เป็นอัตลักษณ์ว่าหลุมดำทำงานอย่างไร เราสามารถใช้สภาพแวดล้อมรอบ Sgr A* เป็นพิมพ์เขียวในการเรียนรู้เกี่ยวกับวิวัฒนาการและกระบวนการในกาแลคซีอื่นๆ ที่มุมอื่นของเอกภพได้เพิ่มขึ้น
นอกจากนี้ ด้วยการใช้มาตรแทรกสอดกล้องโทรทรรศน์ใหญ่มาก(VLTI) ยังได้ถ่ายภาพรอบๆ หลุมดำในใจกลางกาแลคซีของเรา ที่ลึกที่สุดและคมชัดที่สุดเท่าที่เคยทำมา ภาพใหม่ซูมมากกว่าที่เคยทำก่อน VLTI 20 เท่าและได้ช่วยนักดาราศาสตร์ได้พบดาวที่ไม่เคยเห็นมาก่อนดวงหนึ่งซึ่งอยู่ใกล้กับหลุมดำ ด้วยการตามรอยวงโคจรของดาวฤกษ์ต่างๆ ในพื้นที่ใจกลางทางช้างเผือก ทีมก็สามารถตรวจสอบมวลของหลุมดำ Sgr A* ได้แม่นยำที่สุดเท่าที่เคยทำมา
ภาพจากเครื่องมือ GRAVITY บน VLTI ระหว่างเดือนมีนาคมถึงกรกฎาคม 2021 แสดงดาวที่กำลังโคจรอยู่ใกล้กับ Sgr A* หลุมดำในใจกลางทางช้างเผือกอย่างมาก หนึ่งในดาวเหล่านี้ชื่อว่า S29 ถูกสำรวจเมื่อมันกำลังเข้าใกล้หลุมดำมากที่สุดด้วยระยะทาง 13 พันล้านกิโลเมตร ดาวอีกดวงชื่อว่า S300 ถูกพบเป็นครั้งแรกในการสำรวจใหม่นี้
Reinhard Genzel ผู้อำนวยการที่สถาบันมักซ์พลังค์เพื่อฟิสิกส์นอกโลก(MPE) ในการ์ชิง เจอรมนี ซึ่งได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 2020 สำหรับการวิจัย Sgr A* มานานหลายทศวรรษ ผลสรุปล่าสุดได้ขยายการศึกษาดาวที่โคจรรอบหลุมดำของทางช้างเผือกกินเวลานานถึง 3 ทศวรรษ เผยแพร่เป็นรายงาน 2 ฉบับใน Astronomy & Astrophysics วันที่ 14 ธันวาคม
ในความพยายามเพื่อค้นหาดาวอื่นๆ ที่อยู่ใกล้หลุมดำ ทีมความร่วมมือ GRAVITY ได้พัฒนาเทคนิคการวิเคราะห์แบบใหม่ซึ่งช่วยให้พวกเขาได้ภาพใจกลางกาแลคซีที่ลึกที่สุดและคมชัดที่สุด Julia Stadler นักวิจัยที่สถาบันมักซ์พลังค์เพื่อดาราศาสตร์ฟิสิกส์ในการ์ชิง ซึ่งนำทีมถ่ายภาพตลอดช่วงเวลาที่เธออยู่ที่ MPE อธิบายว่า VLTI ช่วยให้เรามีความละเอียดที่สูงอย่างไม่น่าเชื่อและด้วยภาพใหม่ เราก็ลงไปได้ลึกกว่าที่เคยทำมา เราต้องอึ้งไปกับระดับรายละเอียด และกับกิจกรรมและจำนวนของดาวรอบหลุมดำที่ภาพแสดงออกมา ที่สำคัญคือ พวกเขาได้พบดาวฤกษ์ดวงหนึ่ง S300 ซึ่งไม่เคยพบเห็นมาก่อน ซึ่งแสดงว่าวิธีการนี้ทรงพลังแค่ไหนเมื่อใช้ค้นหาวัตถุที่สลัวมากๆ ใกล้กับ Sgr A*
ด้วยการสำรวจล่าสุดที่ทำระหว่างเดือนมีนาคมถึงกรกฎาคม 2021 ทีมมุ่งเป้าไปที่การตรวจสอบดาวเมื่อมันเข้าใกล้หลุมดำให้แม่นยำที่สุด ซึ่งรวมถึงดาวที่ยึดครองสถิติ S29 ซึ่งเข้าใกล้หลุมดำมากที่สุดเมื่อปลายเดือนพฤษภาคม 2021 มันผ่านเข้าไปในระยะทางเพียง 13 พันล้านกิโลเมตร(ราว 90 เท่าระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์) ด้วยความเร็วสูงถึง 8740 กิโลเมตรต่อวินาที ไม่เคยสำรวจพบดาวฤกษ์ใดที่ผ่านเข้าใกล้ขนาดนี้ หรือเดินทางเร็วขนาดนี้ รอบหลุมดำแห่งนี้
การตรวจสอบและการถ่ายภาพของทีมเกิดขึ้นได้ต้องขอบคุณ GRAVITY ได้รวมแสงจากกล้อง VLT ขนาด 8.2 เมตรทั้งสี่ตัวของ ESO โดยใช้เทคนิคที่เรียกว่า มาตรแทรกสอด(interferometry) เทคนิคนี้มีความซับซ้อน แต่สุดท้ายก็ช่วยให้เข้าถึงภาพที่คมชัดกว่าที่ VLT แต่ละตัวให้ถึง 20 เท่า ช่วยเผยให้เห็นความลับในใจกลางกาแลคซี การติดตามดาวที่อยู่ในวงโคจรใกล้ชิดรอบ Sgr A* ช่วยให้เราได้ตรวจสอบสนามแรงโน้มถ่วงรอบหลุมดำยักษ์ที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุดอย่างแม่นยำ, เพื่อทดสอบสัมพัทธภาพทั่วไป และเพื่อตรวจสอบคุณสมบัติของหลุมดำนี้ Genzel อธิบาย
การสำรวจใหม่ เมื่อรวมกับข้อมูลก่อนหน้านี้ของทีม ได้ยืนยันว่าดาวโคจรตามเส้นทางที่ทำนายไว้โดยสัมพัทธภาพทั่วไป สำหรับวัตถุที่เคลื่อนที่ไปรอบหลุมดำแห่งหนึ่งที่มีมวล 4.3 ล้านเท่ามวลดวงอาทิตย์ นี่เป็นการประเมินมวลของหลุมดำใจกลางทางช้างเผือกที่แม่นยำที่สุดเท่าที่นักวิจัยจะทำได้ และนักวิจัยยังปรับตัวเลขระยะทางถึง Sgr A* ที่ไกลออกไป 27,000 ปีแสง
เพื่อให้ได้ภาพใหม่เหล่านี้ นักดาราศาสตร์ใช้เทคนิคการเรียนรู้ของสมองกล ที่เรียกว่า Information Field Theory พวกเขาทำแบบจำลองอันหนึ่งว่าแหล่งจริงจะมีรูปร่างอย่างไร, จำลองสิ่งที่ GRAVITY น่าจะได้เห็น และเปรียบเทียบแบบจำลองเสมือนจริงนี้กับการสำรวจของ GRAVITY นี่ช่วยให้นักวิจัยได้พบและตามรอยดาวรอบๆ Sgr A* ด้วยความลึกและความเที่ยงตรงอย่างหาใดเปรียบ นอกจากการสำรวจของ GRAVITY แล้ว ทีมยังใช้ข้อมูลจาก NACO และ SINFONI ซึ่งเป็นเครื่องมืออีกสองชิ้นของ VLT เช่นเดียวกับการตรวจสอบจากหอสังเกตการณ์เคก และหอสังเกตการณ์เจมิไนของ NOIRLab ในสหรัฐฯ
การสำรวจการผ่านเข้าใกล้หลุมดำมากที่สุดของดาว ยังเป็นการทดสอบการทำนายจากทฤษฎีสัมพัทธภาพในหลายประเด็น ในภาพอธิบายนี้ คือ เรดชิพท์แรงโน้มถ่วง(gravitational redshift) เมื่อแสงของดาวต้องพบกับสนามแรงโน้มถ่วงที่รุนแรงมากที่สุดในช่วงที่เข้าใกล้หลุมดำมากที่สุด โฟตอนต้องใช้พลังงานส่วนหนึ่งเพื่อหนีจากสนามแรงโน้มถ่วง สูญเสียพลังงานไป โฟตอนมีพลังงานลดลง(สเปคตรัมเลื่อนไปทางสีแดงมากขึ้น)
GRAVITY จะอัพเดทเป็น GRAVITY PLUS ในทศวรรษนี้ ซึ่งก็ติดตั้งที่ VLTI เช่นกันและจะผลักดันความไวยิ่งขึ้นไปอีกเพื่อเผยให้เห็นดาวที่สลัวกว่าที่อยู่ใกล้หลุมดำมากกว่า ทีมยังมุ่งเป้าว่าสุดท้ายแล้วจะพบดาวที่อยู่ใกล้มากๆ จนวงโคจรของพวกมันน่าจะรับรู้ถึงผลแรงโน้มถ่วงที่เกิดจากการหมุนรอบตัวของหลุมดำเอง โครงการกล้องโทรทรรศน์ใหญ่สุดขั้ว(Extremely Large Telescope; ELT) ของ ESO ซึ่งกำลังก่อสร้างในทะเลทรายอะตาคามาของชิลี ก็จะยิ่งช่วยให้ทีมได้ตรวจสอบความเร็วของดาวเหล่านี้ได้ด้วยความแม่นยำสูงมากๆ ด้วยพลังของ GRAVITY+ รวมกับ ELT เราก็จะทาบได้ว่าหลุมดำนี้หมุนรอบตัวเร็วแค่ไหน ซึ่งไม่มีใครเคยทำได้มาก่อน
แหล่งข่าว phys.org : infant stars identified at the center of our galaxy
eso.org : watch stars move around the Milky Way’s supermassive black hole in deepest images yet
sciencealert.com : mysterious object that survived a close encounter with a black hole is unmasked
space.com : astronomers peer deeper into Milky Way’s heart than ever before with new telescope images
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2026 Blockdit
