คู่หลุมดำมวลสูงยิ่งในใจกลาง A402-BCG
ในใจกลางกาแลคซีขนาดยักษ์มักจะเป็นห้วงอวกาศที่แออัด เมื่อมีดาวฤกษ์ชุมนุมกันอย่างหนาแน่น ส่องสว่างเจิดจ้าราวกับดวงอาทิตย์หลายพันล้านดวง
แต่ที่ใจกลางของกระจุกกาแลคซีขนาดใหญ่ที่มีชื่อว่า Abell 402 ซึ่งอยู่ไกลออกไป 4 พันล้านปีแสงกลับมีบางสิ่งที่แปลกไป นักดาราศาสตร์ได้ตรวจสอบกาแลคซีทรงรี(elliptical galaxy) ยักษ์ที่เรียกว่า A402-BCG ที่สว่างที่สุดและมีมวลสูงมากในกระจุก การชนกันของกาแลคซีและการสะสมมวลสาร(accretion) รูปแบบอื่นๆ ได้ส่งมวลเข้าสู่วัตถุชนิดนี้ และพบว่าใจกลางของมันเป็นช่องว่างดำมืดขนาดใหญ่ เป็นช่องว่างทางกายภาพที่มีความกว้างหลายพันปีแสง เป็นเวลาสองทศวรรษแล้วที่นักวิจัยคิดว่าจะต้องมีเมฆฝุ่นมาปกปิดพื้นที่ดังกล่าวไว้
ขณะนี้ ข้อมูลจากกล้องเวบบ์ได้แสดงว่าไม่มีเมฆฝุ่นเลย แต่ช่องว่างนั้นกลับเป็นผลจากการเต้นรำอย่างสุดเหวี่ยงระหว่างหลุมดำที่มีมวลสูงที่สุดเท่าที่เคยพบมา 2 แห่ง โดยรวมแล้ว หลุมดำมหึมาคู่นี้มีมวลราว 6 พันล้านเท่ามวลดวงอาทิตย์ เมื่อพวกมันโคจรรอบกันและกันก่อนจะควบรวม ก็ทำหน้าที่เหมือนเป็นไม้กวาดยักษ์ ดีดดาวนับพันล้านดวงที่อยู่รอบๆ ออกไป
NGC 1316 เป็นกาแลคซีทรงรียักษ์คล้ายกับ A402-BCG
เรื่องราวเริ่มขึ้นในปี 2006 กล้องฮับเบิลได้ถ่ายภาพที่แสดงพื้นที่มืดมัวแห่งหนึ่งใกล้ใจกลางกาแลคซี ในช่วงเวลาดังกล่าว นักดาราศาสตร์บอกว่าเป็นเพราะฝุ่นในอวกาศที่บดบังภาพใจกลางไว้ การสำรวจเพิ่มเติมในปี 2018 แสดงสิ่งเดียวกัน และอีกครั้งที่สันนิษฐานว่าฝุ่นเป็นตัวการ แต่กล้องเวบบ์สามารถเจาะทะลุผ่านเมฆฝุ่น กล้องอินฟราเรดเป็นเครื่องมือที่เหมาะเจาะที่จะทำการสำรวจแบบนี้ เมื่อนักวิจัยใช้เวบบ์ตรวจสอบพื้นที่ว่างนี้ ช่องว่างก็ยังคงอยู่
ดังนั้นแล้วมันไม่ใช่ฝุ่นแล้ว ช่องว่างใน A402-BCG มีอยู่จริงหลังจากกำจัดคำอธิบายสุดโต่งออกไป ทีมที่นำโดย Michael McDonald จากสถาบันเทคโนโลจีแห่งมาสซาชูเสตต์(MIT) สรุปว่าอวกาศตรงนั้นว่างเปล่าจริงๆ โดยมีดาวหลายพันล้านดวงที่หายไป แต่เพราะอะไร
เงื่อนงำสำคัญมาจากที่ขอบด้านตะวันตกของช่องว่างนี้ กล้องเวบบ์จำแนกจุดสว่างอินฟราเรดแห่งหนึ่ง ซึ่งดูคล้ายกับหลุมดำมวลมหาศาล(supermassive black holes) ที่กำลังกลืนกินวัสดุสารด้วยความหิวโหย
เมื่อสำรวจโครงสร้างของกาแลคซีต้นสังกัดนี้ในโครงสร้างขนาดใหญ่ขึ้น พวกเขาพบว่าแสงในใจกลางกาแลคซีทั้งหมดมีความสว่างพื้นผิวคงที่เสมอกัน เป็นแกนกลาง(core) ขนาดใหญ่ที่พร่าเลือนซึ่งมีดาวน้อยกว่าที่คาดไว้ แกนกลางมีความกว้างราว 7000 ปีแสง โดยขุดโดยหลุมดำมวลมหาศาลยิ่ง(ultramassive black hole) ที่มีมวล 5 หมื่นล้านเท่าดวงอาทิตย์
การสำรวจ A402-BCG โดยเวบบ์และฮับเบิล นอกเหนือจากช่องว่างมืดที่ฮับเบิลเคยพบมาก่อน ใจกลางกาแลคซีแห่งนี้ยังมีแหล่งอินฟราเรดสว่างอีกแห่ง
และเมื่อนักวิจัยสำรวจพื้นที่นี้โดยใช้สเปคโตรกราฟ MUSE บนกล้องโทรทรรศน์ใหญ่มาก(VLT) พวกเขาได้พบกลุ่มก๊าซที่แตกตัวเป็นไอออน 2 กลุ่ม กลุ่มหนึ่งบังเอิญอยู่ที่แหล่งอินฟราเรดสว่าง ส่วนอีกกลุ่มอยู่ด้านตรงกันข้ามกันของช่องว่าง เส้นเปล่งคลื่นสองชุดที่แตกต่างกันแสดงถึงจลนศาสตร์ที่แตกต่างกันสอดคล้องกับหลุมดำคู่ที่มีมวลรวม 6 หมื่นล้านเท่าดวงอาทิตย์
หลุมดำมหึมาน่าจะเป็นผลจากการควบรวมในอดีตและอยู่ที่จุดอินฟราเรดสว่าง เมื่อกาแลคซีควบรวมกัน หลุมดำที่ใจกลางกาแลคซีก็จะมาเจอกันและจมสู่ก้นหลุมแห่งแรงโน้มถ่วงนี้
ดังนั้น คำอธิบายก็คือเมื่อหลุมดำเหล่านี้โคจรรอบกันและกัน พวกมันจะดีดดาวและดาวเคราะห์รอบๆ ออกไปจากใจกลางกาแลคซีด้วยความเร็วที่สูงสุดขั้ว เมื่อเวลาผ่านไปหลายร้อยล้านปี กระบวนการนี้ก็เก็บกวาดใจกลางกาแลคซีจนเกลี้ยงเกลา
แต่ในขณะที่คำอธิบายนี้เป็นที่ยอมรับ ก็ยังมีคำอธิบายทางเลือกอีกสองทาง ทางแรกเกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์ประหลาดที่เรียกว่า การกระดอนถอยหลังควบรวม(post-merger recoil) เมื่อหลุมดำยักษ์สองแห่งควบรวมกันในที่สุด พวกมันจะเปล่งคลื่นความโน้มถ่วงที่ไม่สม่ำเสมอในทิศทางหนึ่งๆ นี่จะเหมือนเป็นจรวดขับดัน ทำให้หลุมดำใหม่ที่เพิ่งก่อตัวขึ้นถูกผลักออกจากใจกลางกาแลคซีไป เมื่อหลุมดำวิ่งผ่านอวกาศรอบๆ จะทำให้วงโคจรดาวเสียเสถียรภาพไป เป็นสาเหตุให้พื้นที่ใจกลางขยายออกอย่างรวดเร็วและทิ้งช่องว่างไว้ให้เห็น
การเปล่งคลื่นจากอะตอมที่แตกตัวเป็นไอออนรุนแรง[OIII] A402-BCG แหล่งที่เกิดบลูชิพท์(เคลื่อนเข้าหาผู้สังเกตการณ์) ทางขวาบังเอิญในตำแหน่งที่เปล่งอินฟราเรด ในขณะที่แหล่งที่เปล่งเรดชิพท์ทางซ้ายฝังตัวอยู่ในกลุ่มเมฆไอออนไนซ์ขนาดใหญ่กว่า
คำอธิบายที่สองเป็นการยุบตัวเชิงโครงสร้างที่เรียกว่า dipole instability เมื่อกาแลคซีมีการเปลี่ยนผ่านอย่างรุนแรงมากระหว่างแกนกลางส่วนในที่แบนราบ กับขอบนอกที่ชัน ระบบจะเริ่มไม่เสถียรทางพลวัต แบบจำลองคอมพิวเตอร์แสดงว่าความไม่สมดุลนี้เหนี่ยวนำให้เกิดความหนาแน่นดาวเอียงอย่างรุนแรง(dipole) ซึ่งหมุนไปรอบๆ ในมุมหนึ่ง การกระจายที่เอียงนี้ก็ดูเหมือนเป็นช่องว่างมืดขนาดใหญ่
ในขณะที่คำอธิบายทางเลือกก็เป็นไปได้ แต่หลักฐานก็ยังเอื้อไปทางหลุมดำคู่หนึ่งที่กำลังจะควบรวมกัน ช่องว่างนี้มีขอบที่คมชัดซึ่งบอกว่า มันมีอายุน้อย(ถ้ามีอายุมาก การเคลื่อนที่ของดาวก็น่าจะลบขอบที่คมจนหายไป)
การค้นพบใหม่มีความพิเศษด้วยหลายเหตุผล สำหรับเหตุผลพื้นๆ ก็คือ พวกมันเป็นหลุมดำที่มีมวลสูงที่สุดเท่าที่เคยพบมา หลุมดำมวลมหาศาลที่พบในใจกลางกาแลคซีขนาดใหญ่อาจมีมวลได้ถึงหลายหมื่นล้านเท่าดวงอาทิตย์ แม้แต่ยักษ์ใหญ่เหล่านี้ก็ยังมีมวลไม่ถึงระดับ 5 หรือ 6 หมื่นล้านเท่าดวงอาทิตย์ หลุมดำในระบบนี้จึงเป็นปลายด้านที่สูงสุดขั้วทำให้อิทธิพลแรงโน้มถ่วงของพวกมันรุนแรงอย่างมาก และการควบรวมที่จะตามมาก็เป็นเหตุการณ์ที่น่าชม
การค้นพบยังเน้นให้เห็นถึงความสำคัญในการใช้เครื่องมือที่หลากหลาย เริ่มต้นด้วยฮับเบิลที่จำแนกพื้นที่มืดนี้ได้ ต่อมาด้วยเวบบ์ซึ่งมีความไวในช่วงอินฟราเรดเจาะทะลุผ่านฝุ่นใดๆ ที่อาจมีอยู่ ยืนยันว่าช่องว่างนี้มีอยู่จริงในทางกายภาพ สุดท้าย เมื่อรวมการสำรวจกับข้อมูลสเปคตรัมจาก VLT ก็ช่วยให้นักดาราศาสตร์ทำแผนที่พลวัตของหลุมดำและดาวรอบๆ เผยให้เห็นสาเหตุที่แท้จริงของช่องว่างขนาดใหญ่นี้
การเปรียบเทียบช่องว่างใน A402-BCG(แถวล่าง) กับวงแหวนฝุ่นในกาแลคซีใจกลางกระจุก Abell 1060(แถวบน) ในแถวกลาง การสำรวจจำลองแสดงกาแลคซีใจกลางกระจุก Abell 1060 ที่เรดชิพท์เดียวกับ A402-BCG ลักษณะปรากฏของวงแหวนฝุ่นกลับขึ้นอยู่กับช่วงความยาวคลื่นที่สำรวจ แต่ลักษณะปรากฏของช่องว่างใน A402-BCG ไม่เปลี่ยนแปลง บอกถึงธรรมชาติช่องว่างที่ไม่เกี่ยวข้องกับฝุ่น
สุดท้ายคือ การค้นพบนี้ช่วยให้เราได้มีโอกาสในการสำรวจเหตุการณ์ที่พบได้ยาก นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ปลุกปล้ำกับ “ปัญหาพาร์เซคสุดท้าย”(final parsec problem) มานาน ซึ่งเป็นปริทรรศน์(paradox) ทางคณิตศาสตร์ว่าหลุมดำยักษ์สองแห่งจะปล่อยพลังงานให้เพียงพอได้อย่างไรที่จะสัมผัสและควบรวมกัน แทนที่จะติดกับอยู่ที่โคจรรอบกันและกันตลอดไป
ระบบ A402 พิสูจน์ได้ว่าการผลักดาวในกรณีไตรวัตถุ(three-body ejection) นั้นใช้การได้ดีในการลดขนาดวงโคจรหลุมดำคู่ นักวิทยาศาสตร์ประเมินว่าระบบคู่พลังงานสูงในช่วงต้นอย่างนี้จะคงอยู่เพียงราว 40 ล้านปีเท่านั้น ซึ่งอธิบายได้ว่าเพราะเหตุใดเราจึงพบหลุมดำคู่เพียงราว 0.5% ของกาแลคซีมวลสูง
ทีมไม่เชื่อว่านี่จะเป็นระบบที่เป็นอัตลักษณ์หนึ่งเดียวแม้ว่ามันจะสุดขั้วก็ตาม เมื่อปีที่แล้ว มีการค้นพบหลุมดำมวลมหาศาลยิ่งอีกแห่ง ที่ 3.6 หมื่นล้านเท่าดวงอาทิตย์ ช่องว่างในใจกลางแห่งนี้อาจจะถูกใช้เพื่อหาระบบแห่งอื่นที่คล้ายๆ กันในคลังข้อมูลจากฮับเบิลและเวบบ์ เช่นเดียวกับจากยูคลิด(Euclid) และกล้องโทรทรรศน์อวกาศโรมัน(Nancy G. Roman space telescope) ที่กำลังจะส่งออกสู่อวกาศ
จากนั้น การค้นพบเหล่านี้ก็อาจจะถูกใช้ต่อโดย LISA(Laser Interferometer Space Antenna) หอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงในอวกาศซึ่งน่าจะมองหาการเปล่งคลื่นความโน้มถ่วงจากหลุมดำมวลมหาศาลคู่เหล่านี้ได้ สุดท้ายนักดาราศาสตร์จะสร้างนาฬิกาจับเวลาการควบรวมหลุมดำที่น่าเชื่อถือได้ และเราจะเข้าใจกระบวนการนี้ได้ดีขึ้น การศึกษาเผยแพร่ Astrophysical Journal Letters
แหล่งข่าว iflscience.com - ultramassive black hole pair might be the biggest ever found, and they’ve carved out the center of an enormous galaxy
zmescience.com - astronomers discover two monster black holes creating a cosmic void as they merge
aasnova.org – into the void: investigating the heart of a giant elliptical galaxy
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2026 Blockdit
