ว่าที่หลุมดำที่ยุบตัวลงโดยตรงในกาแลคซีอินฟินิตี้
นักวิจัยทีมหนึ่งได้พบวัตถุดวงหนึ่งในอวกาศที่พวกเขาเรียกว่า กาแลคซีอินฟินิตี้ ซึ่งเป็นกาแลคซีสองแห่งที่เพิ่งชนกัน ซึ่งโดยรวมๆ แล้วมีลักษณะคล้ายกับสัญลักษณ์ อินฟินิตี้( ∞) และที่ใจกลางอินฟินิตี้ นักวิจัยบอกว่ามีหลุมดำมวลมหาศาล(supermassive black hole) ฝังตัวอยู่ในกลุ่มเมฆก้อนหนึ่ง
การค้นพบนี้เผยแพร่ในการศึกษาใหม่ใน Astrophysical Journal Letters นักวิจัยบอกว่าการค้นพบนี้น่าสนใจด้วยหลายเหตุผล ซึ่งแสดงหนทางใหม่ที่หลุมดำจะก่อตัวขึ้นมา โดยให้คำอธิบายที่เป็นไปได้สำหรับการมีอยู่ของหลุมดำที่มีมวลสูงอย่างไม่น่าเชื่อในเอกภพยุคต้น และมันอาจจะเป็นหลักฐานโดยตรงชิ้นแรกของหลุมดำมวลมหาศาลเมื่อเพิ่งก่อตัวขึ้นอย่างสดๆ ร้อนๆ
ภาพปก กาแลคซีคู่หนึ่งมีรูปร่างคร่าวๆ คล้ายกับสัญลักษณ์ ∞ เมื่อมองจากมุมเอียง 45 องศา วงแหวนฟุ้งที่ซ้อนทับกัน 2 วงมีปื้นสีฟ้าสว่างทางบนขวาและล่างซ้าย ที่ใจกลางแต่ละวงเป็นก้อนสีเหลืองสว่างซึ่งเป็นนิวเคลียสกาแลคซี ไฮโดรเจนไอออนเรืองสีเขียวอยู่ระหว่างกาแลคซีทั้งสอง นักดาราศาสตร์พบว่าที่หลุมดำมวล 1 ล้านเท่าดวงอาทิตย์ฝังตัวอยู่ในเมฆก๊าซนี้ นักวิจัยเสนอว่าหลุมดำอาจจะก่อตัวขึ้นจากการยุบตัวลงโดยตรง
นี่ใกล้เคียงกับควันปืนที่เราจะได้มากที่สุด Pieter van Dokkum นักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเยล และผู้เขียนนำในการศึกษาใหม่ กล่าว เขาบอกว่าทุกๆ อย่างที่เกี่ยวข้องกับกาแลคซีนี้ไม่ธรรมดาเลย ไม่เพียงแต่มันดูประหลาดอย่างมาก แต่มันยังมีหลุมดำมวลมหาศาลนี้ที่กำลังสะสมมวลสารจำนวนมาก สิ่งที่น่าแปลกใจมากที่สุดก็คือ หลุมดำนี้ไม่ได้อยู่ในนิวเคลียสใดนิวเคลียสหนึ่งของกาแลคซีที่กำลังควบรวมกันนี้เลย แต่อยู่ตรงกลาง เราถามตัวเราเองว่าจะหาเหตุผลให้มันได้อย่างไร
Van Dokkum และ Gabriel Brammer นักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกน ได้สร้างการค้นพบนี้ในระหว่างที่ศึกษาภาพจากโครงการสำรวจ COSMOS-Web ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของคลังข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ van Dokkum ยังนำการสำรวจติดตามผล นอกจากนี้ นักวิจัยยังใช้ข้อมูลจากกล้องเคกเพื่อศึกษา และข้อมูลในคลังจากเครือข่ายใหญ่มาก(VLA) ของหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์วิทยุแห่งชาติ และหอสังเกตการณ์รังสีเอกซ์จันทรา
การได้พบหลุมดำแห่งหนึ่งที่ไม่ได้อยู่ในนิวเคลียสของกาแลคซีขนาดใหญ่นั้นเพียงลำพังแล้วก็เป็นเรื่องไม่ปกติ แต่การได้พบหลุมดำที่เพิ่งก่อตัวขึ้นมาก็เป็นเรื่องที่มหัศจรรย์ พูดอีกอย่างก็คือ เราคิดว่าเรากำลังได้เห็นการกำเนิดของหลุมดำมวลมหาศาลแห่งหนึ่ง ซึ่งเป็นสิ่งที่ไม่เคยพบเห็นมาก่อนเลย van Dokkum กล่าว
ภาพจาก NIRCam ของกล้องเวบบ์ทับด้วยแผนที่ข้อมูลเส้นชั้น(contour map) จากข้อมูลวิทยุของ VLA จุดกึ่งกลางการแผ่คลื่นวิทยุสอดคล้องพอดีกับใจกลางของก๊าซที่เรืองสว่างที่พบในช่วงอินฟราเรด อยู่ระหว่างนิวเคลียสกาแลคซีทั้งสอง การตวรจสอบการเปล่งคลื่นวิทยุจากหลุมดำบอกนักวิจัยเกี่ยวกับความทรงพลังของวัตถุนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งว่ามันกำลังกลืนกินก๊าซรอบข้างอย่างไร
การค้นพบนี้ยังส่งนัยยะต่อการโต้เถียงที่มีเกี่ยวกับการก่อตัวของหลุมดำในเอกภพยุคต้น ทฤษฎีหนึ่งซึ่งเรียกว่า เมล็ดพันธุ์แบบเบา(light seed) ก็คือหลุมดำขนาดเล็กก่อตัวขึ้นเมื่อแกนกลางของดาวมวลสูงยุบตัวและระเบิด ต่อมา หลุมดำเบาก็ควบรวมกลายเป็นหลุมดำมวลมหาศาล อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีนี้ต้องใช้เวลาที่นานมากเพื่อที่จะให้ผลแบบนั้น และเวบบ์ก็จำแนกพบหลุมดำมวลมหาศาลที่ปรากฏเมื่อเอกภพยังมีอายุน้อยเกินกว่าจะอธิบายได้ด้วยทฤษฎีเมล็ดพันธุ์แบบเบานี้
ก็ยังมีทฤษฎีเมล็ดพันธุ์แบบหนัก ซึ่งเสนอโดย Priyamvada Natarajan นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากเยลและคนอื่นๆ ได้บอกว่า หลุมดำอาจก่อตัวขึ้นได้จากการยุบตัวโดยตรงจากเมฆก๊าซก้อนใหญ่ ซึ่งจะให้หลุมดำที่มีมวลสูงกว่ามาก(อาจถึงระดับ 1 ล้านเท่ามวลดวงอาทิตย์) และใช้เวลาน้อยกว่าอย่างมาก จุดจำกัดของทฤษฎีนี้ก็คือ เมฆก๊าซที่ยุบตัวลงมักจะสร้างดาวฤกษ์ขึ้นมาเสียก่อน
อย่างไรก็ตาม กาแลคซีอินฟินิตี้อาจจะแสดงว่าสภาวะที่สุดขั้ว(ซึ่งรวมถึงสภาวะในเอกภพยุคต้นที่ทฤษฎีเมล็ดพันธุ์หนักนำเสนอขึ้นมา) น่าจะนำไปสู่การก่อตัวของหลุมดำได้ van Dokkum กล่าว ในกรณีนี้ กาแลคซีดิสก์สองแห่งชนกัน ก่อตัวดาวเป็นโครงสร้างวงแหวนที่เราได้เห็น ในระหว่างการชน ก๊าซภายในกาแลคซีทั้งสองนี้ถูกกระแทกและบีบอัด การบีบอัดน่าจะเพียงพอที่จะก่อตัวปมก๊าซที่หนาแน่นสูงซึ่งต่อมาก็ยุบตัวกลายเป็นหลุมดำ
light seed vs heavy seed supermassive black hole formation
มีหลักฐานแวดล้อมไม่น้อยสำหรับคำอธิบายนี้ เราสำรวจพบก้อนก๊าซที่แตกตัวเป็นไอออนกลุ่มใหญ่ โดยเฉพาะไฮโดรเจนไอออนซึ่งถูกดึงอิเลคตรอนออกไป มันอยู่ตรงกลางระหว่างนิวเคลียสทั้งสอง และล้อมรอบหลุมดำมวลมหาศาลที่เพิ่งก่อตัว เรายังทราบว่าหลุมดำกำลังเจริญเติบโตอย่างพรวดพราด เราได้เห็นหลักฐานในรังสีเอกซ์จากจันทราและคลื่นวิทยุจาก VLA van Dokkum กล่าว คำถามก็คือ แล้วมันก่อตัวขึ้นที่นั่นเหรอ
สำหรับผมแล้ว มีความเป็นไปได้อีกสองอย่างก็คือ มันอาจเป็นหลุมดำเตลิด(runaway black hole) ที่ถูกผลักออกจากกาแลคซีแห่งหนึ่งและบังเอิญเพิ่งผ่านมาพอดี อย่างที่สองก็คือ มันอาจเป็นหลุมดำที่ใจกลางของกาแลคซีแห่งที่สามในตำแหน่งเดียวกันบนท้องฟ้า ถ้ามันเคยอยู่ในกาแลคซีที่สาม เราก็น่าจะได้เห็นกาแลคซีต้นสังกัดด้วยถ้ามันไม่ได้เป็นกาแลคซีแคระที่สลัวมาก อย่างไรก็ตาม กาแลคซีแคระก็มักจะไม่มีหลุมดำยักษ์อยู่
ถ้าเป็นหลุมดำที่เตลิด หรืออยู่ในกาแลคซีที่ไม่เกี่ยวข้อง ก็น่าจะมีความเร็วที่แตกต่างอย่างมากกับก๊าซในกาแลคซีอินฟินิตี้ เราตระหนักว่านี่อาจใช้ทดสอบได้ โดยการตรวจสอบความเร็วของก๊าซและความเร็วของหลุมดำ และเปรียบเทียบกัน ถ้าความเร็วใกล้เคียงกัน(ไม่เกิน 50 กิโลเมตรต่อวินาที) ก็อาจที่จะเถียงว่าหลุมดำนี้ไม่ได้ก่อตัวขึ้นจากก๊าซเหล่านั้น
กาแลคซีอินฟินิตี้ที่สำรวจโดยกล้องเวบบ์ มันเป็นระบบที่เกิดจากการชนระหว่างกาแลคซีสองแห่ง ตำแหน่งที่เป็นไปได้ของหลุมดำที่เพิ่งก่อตัวขึ้นใหม่แสดงในใจกลางภาพ พร้อมกับหลุมดำอีกสองแห่งที่มีมาตั้งแต่ก่อนการชน
เราได้ขอใช้และได้เวลาสำรวจเพิ่มเติมด้วยเวบบ์ และผลสรุปเบื้องต้นก็น่าสนใจ อย่างแรกก็คือ ยืนยันการมีอยู่ของก๊าซไอออนไนซ์ที่แผ่อยู่ระหว่างนิวเคลียสทั้งสอง และประการที่สองก็คือ หลุมดำนั้นมีความเร็วพอดีกับการกระจายความเร็วของก๊าซรอบๆ มัน ตามที่คาดไว้ถ้ามันก่อตัวขึ้นที่นั่น นี่เป็นผลสรุปสำหรับที่เราตามหา
และประการที่สามที่คาดไม่ถึง ก็คือ นิวเคลียสของกาแลคซีทั้งสองก็มีหลุมดำมวลมหาศาลอยู่ด้วย ดังนั้น ระบบนี้มีหลุมดำกัมมันต์(active black holes) 3 แห่ง สองแห่งที่มวลมหาศาลอยู่ในนิวเคลียสกาแลคซีทั้งสอง และอีกแห่งที่อยู่ระหว่างพวกมันซึ่งอาจจะก่อตัวที่นั่น
ในขณะที่การชนลักษณะนี้เป็นสิ่งที่พบได้ยาก ก็คิดกันว่าความหนาแน่นของก๊าซอย่างสุดขั้วที่คล้ายๆ กันนี้ก็น่าจะเกิดขึ้นค่อนข้างเป็นปกติในเอกภพยุคต้นๆ ด้วย เมื่อกาแลคซีเพิ่งเริ่มก่อตัวขึ้นมา van Dokkum กล่าว ทีมบอกว่ายังคงต้องการงานวิจัยเพิ่มเติมเพื่อยืนยันการค้นพบนี้และนัยยะต่อการก่อตัวหลุมดำ
แหล่งข่าว phys.org – to “infinity” and beyond: direct evidence of black hole birth found in galaxy named “Infinity”
webbtelescope.org : NASA’s Webb finds possible “direct collapse” black hole
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
