หลุมดำมวลมหาศาลที่กำลังวิ่งหนี
ด้วยการใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ นักดาราศาสตร์ได้สร้างการค้นพบที่ชวนใจเต้น เป็นหลุมดำที่กำลังวิ่งหนีแห่งหนึ่งซึ่งมีมวลสิบล้านเท่าดวงอาทิตย์ กำลังวิ่งผ่านอวกาศด้วยความเร็วถึง 1000 กิโลเมตรต่อวินาที หรือ 3.5 ล้านกิโลเมตรต่อชั่วโมง
ไม่เพียงแต่นี่เป็นครั้งแรกที่มีการยืนยันหลุมดำมวลมหาศาลที่วิ่งหนี(runaway supermassive black hole) แต่วัตถุนี้ยังเป็นหนึ่งในวัตถุที่เคลื่อนที่เร็วที่สุดเท่าที่เคยตรวจพบมา หนีออกจากกาแลคซีต้นสังกัดของมันด้วยความเร็วมากกว่าความเร็วเสียงบนโลกถึงสามพันเท่า ถ้านี่ยังฟังดูไม่น่าทึ่งพอ หลุมดำแห่งนี้กำลังผลักวัสดุสารเป็นคลื่นกระแทกรูปโบว์(bow-shock) ด้านหน้ามันมีขนาดใหญ่พอๆ กับกาแลคซี ในขณะที่ก็ลากหางที่ยาว 2 แสนปีแสงตามมาด้วย ซึ่งภายในนั้นก๊าซกำลังสะสมและเหนี่ยวนำการก่อตัวดาว
Pieter van Dokkum จากมหาวิทยาลัยเยล ผู้นำการค้นพบ กล่าวว่า นี่มันบ้าแล้ว แรงที่ต้องใช้เพื่อดีดหลุมดำมวลสูงอย่างนี้ออกจากบ้านของมันต้องมหาศาล แต่ก็นั่นแหละ เคยมีการทำนายว่าน่าจะมีการหนีอย่างนี้เกิดขึ้น
หลุมดำมวลมหาศาลซึ่งอาจมีมวลสูงถึงระดับหลายพันล้านเท่าดวงอาทิตย์นั้นมักพบในใจกลางกาแลคซีบ้านเกิดของพวกมัน ซึ่งมันจะส่งแรงโน้มถ่วงมหาศาลออกมา ความเร็วของหลุมดำยักษ์แห่งนี้ RBH-1หมายความว่ามันกำลังอยู่ห่างจากแหล่งกำเนิดของมันราว 230,000 ปีแสง นี่เป็นหลุมดำเพียงแห่งเดียวที่ถูกพบว่าอยู่ไกลจากบ้านเดิมของมันขนาดนี้ van Dokkum กล่าว นี่ทำให้มันเป็นว่าที่หลุมดำมวลมหาศาลที่วิ่งหนี แต่ที่ยังขาดไปก็คือการยืนยัน
ภาพปก ภาพจากศิลปินแสดงหลุมดำมวลมหาศาลที่วิ่งหนีแห่งหนึ่งซึ่งถูกผลักออกจากกาแลคซีต้นสังกัดของมัน เมื่อมันเดินทางผ่านอวกาศได้สร้างคลื่นกระแทกรูปโบว์ด้านหน้ามัน ในขณะที่เบื้องหลังก็มีกระแสธารก๊าซและดาวที่ยาว
ทั้งหมดที่เรามีก็คือเส้นขีดที่ยากที่จะอธิบายด้วยหนทางอื่นๆ ด้วยเวบบ์ ขณะนี้เราได้ยืนยันว่ามันเป็นหลุมดำอยู่ที่ปลายขีดนี้จริงๆ และมันกำลังวิ่งห้อออกจากบ้านเดิมของมัน
หลุมดำวิ่งหนีซึ่งเพิ่งได้รับการยืนยันนี้ถูกพบครั้งแรกโดย van Dokkum และเพื่อนร่วมงานในปี 2023 โดยใช้กล้องฮับเบิลซึ่งพบสิ่งที่ดูเหมือนจะเป็นระลอกจากวัตถุมวลสูงที่กำลังวิ่งผ่านอวกาศ แน่นอนว่าก็เหมือนกับหลุมดำทุกแห่ง ตัวที่วิ่งหนีนี้ก็กางกั้นด้วยพื้นผิวที่จับแสงไว้แบบไม่หวนคืนที่เรียกว่า ขอบฟ้าสังเกตการณ์(event horizon) ทำให้ยากที่จะสำรวจมัน
หลุมดำนี้ ก็นะ ดำ และยากมากๆที่จะตรวจจับเมื่อมันกำลังวิ่งในอวกาศอันว่างเปล่า เหตุผลที่เราได้พบวัตถุนี้ก็เพราะผลกระทบจากการวิ่งผ่านของหลุมดำที่มีต่อสภาพรอบข้าง ขณะนี้เราทราบว่ามันสร้างคลื่นกระแทก(shock wave) ในก๊าซที่มันกำลังวิ่งผ่าน และก็เป็นคลื่นกระแทกนี้ และระลอกของคลื่นกระแทกด้านหลังหลุมดำ ที่เราได้เห็น van Dokkum กล่าว ด้วยกล้องเวบบ์ เราได้พบการแทนที่ของก๊าซจำนวนมหาศาลที่ปลายของระลอก ซึ่งหลุมดำกำลังผลักต้านมันไว้
ภาพจากฮับเบิลแสดงหางของหลุมดำวิ่งหนี(runaway black hole 1; RBH1) กาแลคซีต้นสังกัดอยู่ด้านซ้าย คลื่นกระแทกรูปโบว์อยู่ด้านขวา หางมีความยาวประมาณ 2 แสนปีแสง
สัญญาณของคลื่นกระแทกนั้นชัดเจนมาก และก็ไม่ต้องสงสัยเลยว่ากำลังเกิดอะไรขึ้นที่นั่น ก๊าซกำลังถูกผลักออกด้านข้างจากหลุมดำมวลมหาศาล ด้วยความเร็วหลายแสนกิโลเมตรต่อชั่วโมง ซึ่งเป็นสัญญาณพลวัตที่ทีมได้เห็นด้วยเวบบ์ ความเร็วของก๊าซที่เข้ามาแทนที่นั้นสัมพันธ์โดยตรงกับความเร็วของหลุมดำ และนี่ก็ทำให้เราตรวจสอบความเร็วของหลุมดำได้จากข้อมูลของเวบบ์ มันกำลังเคลื่อนที่ราว 1 พันกิโลเมตรต่อวินาที เร็วกว่าวัตถุใดๆ ในเอกภพ นี่เป็นความเร็วที่สูงที่ช่วยให้หลุมดำหนีจากแรงโน้มถ่วงของบ้านเก่าได้
Van Dokkum อธิบายกลไกที่เป็นไปได้ 2 อย่างที่อาจนำไปสู่การผลักหลุมดำมวลมหาศาลออกจากใจกลางของกาแลคซีต้นสังกัดของมัน ทั้งสองแบบเริ่มต้นเมื่อกาแลคซีสองแห่งชนกันและเริ่มต้นควบรวมกัน แต่ละแห่งทำให้หลุมดำมวลมหาศาลของมันเองมาชนกันด้วย กลไกทั้งสองแบบนั้นเริ่มต้นเมื่อหลุมดำมวลมหาศาลมาถึงใจกลางของกาแลคซีที่เพิ่งก่อตัวขึ้นใหม่หลังจากควบรวม
กลไกแรกก็คือหลุมดำสองแห่งควบรวมกันและกัน และการแผ่คลื่นความโน้มถ่วงจากการควบรวมก็สร้างแรงดีดให้กับหลุมดำที่เพิ่งก่อตัวขึ้นใหม่ แรงดีดนี้เร่งความเร็วไปถึง 1000 กิโลเมตรต่อวินาที มากพอที่จะผลักหลุมดำหลุดออกมา van Dokkum กล่าว แบบที่สองเป็นปฏิสัมพันธ์ไตรภาคี นี่เกิดขึ้นเมื่อหนึ่งในสองกาแลคซีมีหลุมดำคู่ที่ใจกลาง เมื่อหลุมดำแห่งที่สามเข้าใกล้ระบบคู่ มันจะเริ่มไม่เสถียร และหนึ่งในหลุมดำสามแห่งก็จะถูกผลักออกจากระบบ
ทีมเชื่อว่าเป็นลำดับเหตุการณ์อันแรกที่ทำให้เกิดหลุมดำวิ่งหนีในกรณีนี้ นี่น่าจะนำไปสู่กาแลคซีที่ขาดแคลนหลุมดำมวลมหาศาลในใจกลางของมัน ซึ่ง van Dokkum บอกว่าไม่น่าสร้างผลกระทบต่อกาแลคซีดังกล่าวมากนัก อย่างไรก็ตาม หลุมดำมวลมหาศาลที่วิ่งหนีนี้ก็อาจส่งผลกระทบอย่างใหญ่หลวงกับกาแลคซีอื่นๆ ที่มันวิ่งเข้าใกล้ การผ่านเข้าใกล้กาแลคซีแห่งอื่นๆ น่าจะค่อนข้างน่าดูชม ก็เพราะคลื่นกระแทกขนาดพอๆ กับกาแลคซีที่นำหน้าหลุมดำอยู่ เขากล่าว
เมื่อคลื่นกระแทกนี้วิ่งผ่านก๊าซหนาทึบในกาแลคซีอื่น มันน่าจะบีบและกระแทกก๊าซ และน่าจะก่อตัวดาวใหม่ๆ จำนวนมาก นี่จะเป็นดอกไม้ไฟย่อมๆ
การควบรวมระหว่างกาแลคซีเป็นเรื่องที่พบได้ทั่วไป โดยเกิดขึ้นได้หลายครั้งตลอดช่วงชีวิตของกาแลคซีโดดๆ แห่งเดียว นี่หมายความว่า หลุมดำมวลมหาศาลที่ถูกผลักออกมาก็อาจจะมีอยู่ค่อนข้างทั่วไปด้วย แม้ว่าจำนวนประชากรจะแปรเปลี่ยนขึ้นอยู่กับว่าการชนเหล่านั้นเกิดขึ้นได้อย่างไร
การควบรวมเกิดขึ้นได้เป็นครั้งคราวในชีวิตกาแลคซีแห่งหนึ่งๆ กาแลคซีทุกแห่งที่มีมวลและมวลพอๆ กับทางช้างเผือกต้องเผชิญกับการชนหลายครั้งตลอดอายุของมัน ดังนั้น หลุมดำคู่ก็น่าจะก่อตัวขึ้นค่อนข้างเป็นปกติ แต่สิ่งที่เราไม่ทราบก็คือว่าคู่เหล่านี้ควบรวมได้เร็วแค่ไหน ถ้าควบรวม และการผลักหลุมดำจนหลุดออกมาเกิดบ่อยแค่ไหน
Van Dokkum กล่าวว่า มุมมองของผมเป็นแบบเชิงประจักษ์ ขณะนี้ที่เราทราบว่าจะมองหาพวกมันได้อย่างไร เราก็หาตัวอย่างอื่นๆ ได้ และจากนั้นเราก็จะตอบคำถามนี้ได้โดยตรง โดยการนับจำนวนที่หนีออกมา แต่เรื่องใหญ่ก็คือหลุมดำที่หนีออกมานั้นเป็นแค่ทฤษฎีในหน้ากระดาษจนกระทั่งตอนนี้ แม้ว่าจะมีการทำนายหลุมดำมวลมหาศาลที่วิ่งหนีโดยทฤษฎีมานานก่อนการยืนยันนี้ แต่ก็ไม่ได้หมายความว่าการค้นพบเหล่านี้จะส่งผลการเปลี่ยนแปลงใดๆ ที่คาดไม่ถึงได้
ทุกๆ อย่างจากงานวิจัยนี้สร้างความประหลาดใจให้กับผม ผมไม่เคยคาดเลยว่าจะได้เห็นอะไรแบบนี้ และยืนยันมันด้วยเวบบ์ก็เป็นเรื่องที่ไม่น่าเชื่อ สิ่งที่เรายังไม่ค่อยรู้ก็คือ ผลกระทบที่หลุมดำที่หนีออกมาเหล่านี้มีผลก๊าซที่มันกำลังเคลื่อนที่ผ่าน ในระลอกนี้ มีดาวเกิดใหม่หลายดวงจากก๊าซที่ถูกกระแทกซึ่งมีมวลราว 1 ร้อยล้านเท่าดวงอาทิตย์ การก่อตัวดาวแนวนี้ไม่เคยถูกพบมาก่อนและมันจะทำให้เกิดกระแสธารดาวที่ห่างไกลจากกาแลคซี จนดูเหมือนกับก่อตัวขึ้นในอวกาศอันว่างเปล่า
นักวิจัยบอกว่าก้าวต่อไปก็คือจะสำรวจหาตัวอย่างหลุมดำที่วิ่งหนีให้มากขึ้น ซึ่งต้องมีการถ่ายภาพจากอวกาศเพื่อค้นหา ระลอกนี้โผล่มาให้เราเห็นก็เพราะมันเป็นเส้นตรงบางๆ และในภาพจากภาคพื้นดิน ก็เบลอเกินกว่าจะดึงความสนใจ van Dokkum อธิบาย
โชคดีที่การถ่ายภาพมุมกว้างคุณภาพจากฮับเบิลมาพอดี และเมื่อนำส่งกล้องโรมัน การใช้อัลกอริทึมเรียนรู้เพื่อหาเส้นตรงบางๆ ในข้อมูลจากโรมัน(และอาจจะมียูคลิดซึ่งภาพจะเบลอกว่า) ก็จะเป็นโครงการที่เจ๋งเลย งานวิจัยของทีมเผยแพร่ใน Astrophysical Journal Letters และเผยแพร่ออนไลน์ arXiv
แหล่งข่าว space.com – JWST confirms 1st “runaway” supermassive black hole rocketing through home galaxy at 2.2 million mph: “it boggles the mind”
universetoday.com – thank the JWST for confirming the first runaway supermassive black hole
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2026 Blockdit
