หลุมดำก่อตัวขึ้นก่อนกาแลคซีค่อยตามมา
ด้วยการใช้การสำรวจจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ ทีมนักดาราศาสตร์นานาชาติได้เผยว่าหลุมดำมวลมหาศาลแห่งหนึ่งในเอกภพยุคต้นจะต้องก่อตัวขึ้นก่อนที่จะมีกาแลคซีพัฒนาขึ้นรอบๆ มัน
ทีมที่นำโดย Roberto Maiolino จากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ เผยแพร่ผลสรุปใน Monthly Notices of the Royal Astronomical Society หวังว่าผลสรุปของพวกเขาจะนำไปสู่ความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับกำเนิดของวัตถุขนาดใหญ่โตเหล่านี้ เป็นที่ทราบกันว่า หลุมดำมวลมหาศาล(supermassive black holes; SMBH) มีอยู่ในใจกลางกาแลคซีเกือบทุกแห่งซึ่งรวมถึงทางช้างเผือกของเราด้วย โดยอาจมีมวลสูงได้ถึงหลายพันล้านเท่าดวงอาทิตย์ ซึ่งสร้างความประหลาดใจให้กับนักดาราศาสตร์มานาน
จากแบบจำลองล่าสุดที่มี หลุมดำก่อตัวขึ้นจากซากของการระเบิดซุปเปอร์โนวา ซึ่งเกือบทั้งหมดเกิดขึ้นเมื่อดาวฤกษ์มวลสูงถึงจุดจบของชีวิตแล้ว หลังจากนั้น พวกมันก็เจริญเติบโดได้อีกโดยการกลืนก๊าซจากดิสก์สะสมมวล(accretion disk) ที่ล้อมรอบ แต่อัตราการเจริญก็ยังถูกจำกัดด้วยขีดจำกัดความสว่างที่เรียกว่า ขีดจำกัด
เอ็ดดิงตัน(Eddington limit) เลยจากขีดจำกัดนี้ แรงดันการแผ่รังสีที่ผลักออกจะนำแรงโน้มถ่วง และวัสดุสารก็ถูกผลักออกสู่อวกาศ
ปัญหาสำหรับนักดาราศาสตร์ก็คือหลุมดำมวลมหาศาลกลับถูกพบในเวลาเพียงไม่กี่ร้อยล้านปีหลังจากบิ๊กแบงเท่านั้น ซึ่งเร็วมากอย่างไม่น่าเชื่อ และเร็วเกินไปมากที่วัตถุที่มีมวลสูงอย่างนี้จะก่อตัวขึ้นภายใต้ขีดจำกัดเอ็ดดิงตัน จึงมีลำดับเหตุการณ์การก่อตัวทางเลือกมากมายที่เสนอขึ้นมา Maiolino อธิบาย
หลุมดำเมล็ดพันธุ์ “เบา” อาจจะมีการเจริญที่สุดขั้วเป็นช่วงสั้นๆ, หลุมดำมวลปานกลาง(intermediate-mass black hole) อาจจะก่อตัวขึ้นผ่านการควบรวมแบบกู่ไม่กลับในระบบที่หนาแน่นสูง หรือหลุมดำอาจจะก่อตัวขึ้นมาแบบใหญ่ได้ เป็นเมล็ดพันธุ์ที่ “หนัก”
ในแบบหลังสุด หลุมดำมวลมหาศาลก่อตัวขึ้นผ่านการยุบตัวโดยตรงของเมฆวัสดุสารก้อนมหึมา ซึ่งเกิดขึ้นได้ภายใต้สภาวะที่สุดขั้วที่ปรากฏในเอกภพยุคต้น หรือไม่ก็จาก “หลุมดำดึกดำบรรพ์”(primordial black holes) ซึ่งเป็นกลุ่มวัสดุสารที่หนาแน่นสุดขั้วก่อตัวขึ้นหลังจากบิ๊กแบงแทบจะทันที ซึ่งถูกเสนอขึ้นครั้งแรกโดย Stephen Hawking
เพื่อศึกษาความเป็นไปได้เหล่านี้ ทีมจึงทำการวิเคราะห์ QSO1 ในรายละเอียด ซึ่งเป็นหลุมดำมวลมหาศาลที่ปรากฏเมื่อเอกภพมีอายุราว 7 ร้อยล้านปี มองเห็นได้ผ่านแสงที่ดิสก์สะสมมวลของมันเปล่งออกมา QSO1 เป็นส่วนหนึ่งของวัตถุชนิดที่เรียกว่า จุดแดงน้อย(little red dots) ซึ่งเป็นแหล่งปริศนาที่ถูกพบเป็นครั้งแรกโดยเวบบ์ ซึ่งนักดาราศาสตร์บางคนเชื่อว่าเป็นกาแลคซีดึกดำบรรพ์ที่มีหลุมดำมวลมหาศาลทารก จากที่พวกมันไม่มีสัญญาณรังสีเอกซ์ที่มักจะเกี่ยวข้องกับหลุมดำที่กำลังสะสมมวล
ทีมเลือกวัตถุนี้ ส่วนหนึ่งก็เพราะมันถูกขยายด้วยความโน้มถ่วงโดยกระจุกกาแลคซีแห่งหนึ่งที่พื้นหน้า ซึ่งบิดเบนแสงของมันรวมเข้าสู่แนวสายตาของมัน ขยายแสงของมันขึ้นมาอย่างมาก เพื่อให้บรรลุถึงความละเอียดที่สูงที่สุดเท่าที่จะทำได้ ทีมใช้รูปแบบการสำรวจแบบรวมพื้นที่(integral field mode) เพื่อจับสเปคตรัมจากทุกๆ จุดบนท้องฟ้าพื้นที่ขนาดเล็กแห่งหนึ่ง
ปรากฏการณ์เลนส์ความโน้มถ่วงที่เกิดขึ้นรอบๆ กระจุกกาแลคซี Abell 2744 ได้ขยายและทำภาพวัตถุที่อยู่เบื้องหลังกระจุกซ้ำๆ เป็นพหุภาพ ดังที่ระบุ
การรวมความละเอียดภาพและสเปคตรัมที่สูงช่วยให้เราหา “ทรงกลมอิทธิพล” ของหลุมดำได้ ที่ซึ่งการเคลื่อนที่ของก๊าซถูกกำกับโดยแรงโน้มถ่วงของหลุมดำ Maiolino อธิบาย นี่ทำให้สามารถตรวจสอบมวลของหลุมดำได้โดยตรง ข้อมูลนี้ช่วยให้ทำการตรวจสอบการเปล่งคลื่นจากไฮโดรเจนและออกซิเจนไอออนได้อย่างแม่นยำ ซึ่งเผยให้เห็นองค์ประกอบเคมีของก๊าซที่วนอยู่รอบหลุมดำนี้
เมื่ออะตอมธาตุแรกๆ ก่อตัวขึ้นหลังจากบิ๊กแบง พวกมันจะประกอบด้วยไฮโดรเจน, ฮีเลียมเกือบล้วนๆ โดยมีลิเธียมอยู่บ้างเล็กน้อย ธาตุที่หนักกว่าจะก่อตัวขึ้นผ่านปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นภายในดาวเท่านั้น ซึ่งจะเติมสภาพแวดล้อมเมื่อการระเบิดซุปเปอร์โนวาได้กระจายธาตุที่หลอมออกสู่อวกาศ
ในกรณีนี้ เราพบว่า QSO1 นั้นฝังตัวอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีการเติมธาตุเคมีที่ต่ำอย่างสุดขั้ว Maiolino บอก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ปริมาณของออกซิเจนเทียบกับไฮโดรเจนมีไม่ถึง 1% ของที่พบในดวงอาทิตย์ของเรา ซึ่งบ่งชี้ว่าองค์ประกอบที่เกือบจะดั้งเดิม ผลสรุปบอกว่ามีดาวเพียงไม่กี่ดวงก่อตัวขึ้นรอบๆ QSO1 ซึ่งบอกว่าหลุมดำแห่งนี้น่าจะมีมวลสูงกว่าระบบรอบมันอย่างมาก
โดยรวมแล้ว การค้นพบเหล่านี้ชี้ไปทางลำดับเหตุการณ์ว่าหลุมดำก่อตัวขึ้นก่อนส่วนอื่นๆ ในกาแลคซีต้นสังกัด แทนที่จะเจริญขึ้นภายในกาแลคซีที่ปรากฏอยู่เรียบร้อยแล้วตามที่เคยสันนิษฐานมาก่อน Maiolino กล่าว ในลำดับเหตุการณ์นี้ การค้นพบนี้จึงสอดคล้องอย่างดีกับเมล็ดพันธุ์แบบหนัก ซึ่งหลุมดำเกิดมาก็มีขนาดใหญ่มากแล้ว จากผลสรุปนี้ ทีมหวังว่าผลสรุปน่าจะแผ้วถางหนทางสู่การค้นพบสำคัญต่อความเข้าใจว่าหลุมดำมวลมหาศาลแห่งแรกสุดก่อตัวได้อย่างไร
แหล่งข่าว phys.org : a monster black hole appeared first, then its galaxy began to grow around it
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2026 Blockdit
