จุดแดงน้อยในเอกภพยุคต้น คือหลุมดำในกลุ่มก๊าซฝุ่น
ปริศนาอันซับซ้อนที่เรียกว่า จุดแดงน้อย(little red dots) เกิดขึ้นตั้งแต่การค้นพบครั้งแรกโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ในปี 2022 และขณะนี้ สเปคตรัมของจุดแดงน้อยที่พิเศษแห่งหนึ่งก็กำลังช่วยปะติดปะต่อชิ้นส่วนปริศนานี้
ทีมนักดาราศาสตร์ที่นำโดย Vasily Kokorev ที่มหาวิทยาลัยเทกซัส ออสติน ได้จำแนกจุดแดงน้อยผู้โชคดี GLIMPSE-17775 ด้วยการวิเคราะห์สเปคตรัมจากเวบบ์อย่างระมัดระวังซึ่งเป็นสเปคตรัมห้วงลึกที่สุดเท่าที่เคยทำกับจุดแดงน้อยมา ทีมวิจัยได้จำแนกหลักฐานหลายแนว ซึ่งทุกแนวสนับสนุนการแปลผลว่า GLIMPSE-17775 เป็นหลุมดำมวลมหาศาลแห่งหนึ่งที่ถูกห้อมล้อมด้วยรังก๊าซหนาทึบที่แตกตัวเป็นไอออนบางส่วน เป็นแบบจำลองที่เรียกว่า BH*(black hole star) รายงานอธิบายผลสรุปเผยแพร่ใน Astrophysical Journal
ผมคิดว่าประชาคมวิทยาศาสตร์คงน่าจะพอใจกับจุดแดงน้อยที่สามารถอธิบายได้ด้วยแบบจำลองดาวหลุมดำนี้ เมื่อก่อนหน้านี้ไม่เคยมีจุดแดงน้อยที่มีหลักฐานปรากฎขึ้นในที่เดียว Kokorev ผู้เขียนนำการศึกษานี้ กล่าว ด้วย GLIMPSE-17775 เราสามารถทดสอบแบบจำลองเหล่านี้ได้เพราะสเปคตรัมของแหล่งที่เจาะลึกและมีรายละเอียดสูง
แทบจะทันทีหลังจากเวบบ์เริ่มต้นทำงานวิทยาศาสตร์ของมัน มันได้พบวัตถุปริศนาชนิดใหม่ในเอกภพยุคแรกเริ่ม เป็นวัตถุสีแดงจำนวนมากที่ปรากฏราว 6 ร้อยล้านปีหลังจากบิ๊กแบงเท่านั้น และจำนวนของมันก็ลดลงอย่างมากในช่วงเวลาที่เอกภพมีอายุราว 1.5 พันล้านปีจนหายไป นักวิทยาศาสตร์ได้หาคำอธิบายหลายทางให้กับจุดแดงน้อยเหล่านี้ว่าเป็นเพราะกาแลคซีมีการก่อตัวดาวอย่างบ้าคลั่ง ซึ่งรวมถึงหลุมดำที่ฝังตัวอยู่ในฝุ่นทึบด้วย
ตัวอย่างของ Little Red Dots ที่เวบบ์สำรวจพบ
มีเรื่องความโชคดีหลายอย่างที่เกิดกับจุดแดงน้อยที่ตรวจสอบสเปคตรัมได้แห่งนี้ จุดแดงน้อยแห่งนี้บังเอิญอยู่ในความพยายามเพื่อถ่ายภาพและเก็บสเปคตรัมของเวบบ์ในโครงการเพื่อค้นหาประชากรดาวกลุ่ม 3(Population III stars) และกาแลคซีสลัวในกระจุกกาแลคซี Abell S1063 จุดแดงน้อยนี้อยู่ไกลกว่ากระจุกและถูกขยายโดยปรากฏการณ์เลนส์ความโน้มถ่วง(gravitational lensing) โดย GLIMPSE-17775 มีเรดชิพท์(redshifted) ที่ 3.5 ซึ่งหมายความว่ามันปรากฏอยู่ราว 1.8 พันล้านปีหลังจากบิ๊กแบง
ในขณะนี้เวบบ์มีสเปคตรัม 30 ชั่วโมงของจุดแดงน้อยนี้ แต่ผลจากเลนส์ความโน้มถ่วงก็ทำให้เทียบเท่ากับเวลาในการสำรวจด้วยกล้อง 80 ชั่วโมง เมื่อรวมความไวในช่วงอินฟราเรดกับการขยายแสงจากแว่นขยายในธรรมชาตินี้ ได้ขยายรายละเอียดที่ได้จาก GLIMPSE-17775 ผลก็คือ เส้นสเปคตรัมจากจุดแดงขนาดเล็กนี้ที่มีมากกว่า 40 เส้น ซึ่งเป็นสเปคตรัมจากจุดแดงน้อยที่มีรายละเอียดมากที่สุดเท่าที่เคยได้มา
เมื่อเราได้เห็นสเปคตรัมนี้เป็นครั้งแรก มันก็เหมือนกับการมีชิ้นส่วนปริศนาทั้งหมดกระจายอยู่บนพื้น Kokorev กล่าว เราก็หยิบชิ้นส่วนทีละชิ้น, ตรวจดูเส้นและขอบ และเริ่มต่อชิ้นต่างๆ ให้กลายเป็นภาพใหญ่ บางชิ้นที่ดูเหมือนไม่มีอะไรในตอนแรกแต่เมื่อมาอยู่ด้วยกัน เราก็ตระหนักว่ามีอะไรบางอย่างอยู่ที่นั่น
ข้อมูลสเปคตรัมที่เวบบ์รวบรวมได้มีหลักฐานหลายแนวที่สนับสนุนการแปลผลว่าจุดแดงน้อย GLIMPSE-17775 เป็นดาวหลุมดำ คือ เป็นหลุมดำที่กำลังเจริญเติบโตหรือกำลังสะสมมวลสารอย่างรวดเร็วที่ฝังตัวอยู่ในรังก๊าซหนาทึบ ซึ่งจะปรับแต่งแสงที่เปล่งออกจากพื้นที่ใกล้หลุมดำและสร้างรายละเอียดบางอย่างให้เห็นในสเปคตรัม ในบรรดาเส้นสเปคตรัมกว่า 40 เส้นที่พบต่างก็มีตัวบ่งชี้ถึงดาวหลุมดำทั้งหมด
พื้นที่อวกาศรอบๆ กระจุกกาแลคซี Abell S1063 มีเส้นโค้งสีแดงสั้นๆ ซึ่งเป็นกาแลคซีพื้นหลังที่ห่างไกลที่ถูกขยายและบิดเบนโดยเลนส์ความโน้มถ่วง ในภาพมีดาวฤกษ์ที่พื้นหน้าปรากฏขนาดใหญ่และเป็นแปดแฉก ทางล่างต่ำกว่ากลางภาพเล็กน้อยค่อนไปทางขวา มีจุดสีแดงขนาดเล็กแห่งหนึ่งที่เน้นด้วยกรอบสี่เหลี่ยมสีส้ม ภาพเล็กขยายกรอบสีส้มแสดงวัตถุในรายละเอียด GLIMPSE-17775 ดูเหมือนเป็นจุดสีแดงปุยที่มีแกนสีเหลือง
ยกตัวอย่างเช่น ทีมพบว่าเส้นสเปคตรัมหลายเส้น เช่น ไฮโดรเจน, ออกซิเจน และฮีเลียม มีลักษณะหนาและกว้างซึ่งไม่ได้สอดคล้องกับแบบจำลองเมฆก๊าซที่หมุนรอบตัวทั่วไป แต่สอดคล้องกับแบบจำลองที่มีปรากฏการณ์ที่เรียกว่า การ
กระเจิงอิเลคตรอน(electron scattering) ซึ่งเป็นสัญญาณบอกถึงรังก๊าซหนาทึบที่เป็นชั้นๆ ห้อมล้อมรอบแหล่งนี้ได้
ความแรงและอัตราส่วนของบางเส้นเทียบกับเส้นอื่นๆ ที่สำคัญที่สุดก็คือ เส้นจากเหล็ก 16 เส้นที่รวมกันเป็นสิ่งที่ทีมเรียกชื่อเล่นว่า ป่าเหล็ก(iron forest) และเส้นจากออกซิเจนบางเส้น ต้องใช้แหล่งที่มีพลังงานสูงเพื่อสร้างสเปคตรัมเหล่านี้ขึ้นมาเช่น หลุมดำที่กำลังสะสมมวลสารอย่างรวดเร็ว นอกจากนี้ นักดาราศาสตร์ยังบอกว่าการเรืองแสง(fluorescence) และการดูดกลืนของฮีเลียมในสเปคตรัม ทั้งคู่ต่างก็ย้ำว่ามีตัวกลางหนาทึบชั้นหนึ่งที่ล้อมรอบแหล่งทรงพลังนี้ไว้
เมื่อรวมทั้งหมดเข้าด้วยกัน การสำรวจสอดคล้องกับลำดับเหตุการณ์หลุมดำมวล 5 ล้านเท่าดวงอาทิตย์ที่กำลังกลืนวัสดสารอย่างเอร็ดอร่อยอยู่ภายในชั้นรังก๊าซที่หนาทึบจนทึบแสง ไม่เพียงแต่สอดคล้องกับ GLIMPSE-17775 แต่ยังบอกถึงสาเหตุที่จุดแดงน้อยเกือบทั้งหมดสลัวในช่วงรังสีเอกซ์ ก็เพราะการเปล่งคลื่นใดๆ น่าจะถูกดูดกลืนไว้โดยรังก๊าซหนาทึบนี้ แล้วเปล่งกลับออกมาในช่วงอินฟราเรดสร้างลักษณะปรากฏสีแดงที่ให้ชื่อจุดแดงน้อย
ชิ้นส่วนหนึ่งที่หายไปในปริศนาของ GLIMPSE-17775 เป็นสเปคตรัมส่วนที่เรียกว่าบัลเมอร์เบรค(Balmer break) หรือเป็นการมืดลงอย่างรุนแรงในแสงที่เปล่งออกมาซึ่งเป็นคุณสมบัติเฉพาะของจุดแดงน้อย เพื่อให้เข้าใจจุดแดงน้อยแห่งนี้ได้ครบถ้วนสมบูรณ์มากขึ้น ทีมจึงรวมข้อมูลจากโครงการสำรวจอีก 2 งานของกล้องฮับเบิล คือ Frontier Fields และ BUFFALO(Beyond Ultra-deep Frontier Fields And Legacy Observations)
สเปคตรัมจากจุดแดงน้อย GLIMPSE-17775 ที่มีรายละเอียดมากที่สุดพบเส้นสเปคตรัมเปล่งคลื่นมากกว่า 40 เส้น ซึ่งมีตัวบ่งชี้หลายเส้นที่ต่างก็สนับสนุนทฤษฎีดาวหลุมดำ(black hole star) ที่ว่า จุดแดงน้อยอย่าง GLIMPSE-17775 เป็นหลุมดำที่ถูกปกคลุมด้วยรังก๊าซร้อนหนาทึบไว้
ข้อมูลจากเวบบ์และฮับเบิลร่วมกันอธิบายว่าเพราะเหตุใด บัลเมอร์เบรกจึงอ่อนกว่าที่พบเป็นปกติในจุดแดงน้อยแห่งอื่นๆ เมื่อมีกาแลคซีต้นสังกัดยักษ์ล้อมรอบ GLIMPSE-17775 ไว้ แม้ว่าโดยปกติมักจะมองไม่เห็นกาแลคซีต้นสังกัดของจุดแดงน้อยในความละเอียดระดับนั้นมาก่อน แต่มันก็ไม่ได้แย้งกับแบบจำลอง โดยแบบจำลองดาวหลุมดำอธิบายจุดแดงน้อย บอกถึงแสงสีฟ้าส่วนเกินว่ามาจากดาวในกาแลคซีต้นสังกัด ซึ่งเจือจางบัลเมอร์เบรกลง
เมื่อเวบบ์ได้พบจุดแดงน้อยเป็นครั้งแรก นักวิจัยบางคนคิดว่าวัตถุใหม่เหล่านี้ค้านกับเอกภพวิทยา โดยไม่แน่ใจว่ากาแลคซีจะเจริญเติบโตได้ใหญ่โตมากในเวลาที่เร็วมากๆ ของเอกภพยุคต้นเพื่อให้การเปล่งแสงทั้งหมดมาจากดาวของมัน อย่างไรก็ตาม ทีมเชื่อว่าชิ้นส่วนของ GLIMPSE-17775 สอดคล้องอย่างดีเยี่ยมกับกรอบวิวัฒนาการของเอกภพที่มีอยู่ เนื่องจากมวลของหลุมดำไม่จำเป็นต้องสูงขนาดนั้นเพื่ออธิบายเส้นเปล่งคลื่นที่กว้าง
ทุกอย่างยังสอดคล้องอยู่ ไม่มีอะไรที่พัง แลผมคิดว่าปริศนานี้ยิ่งทำให้เอกภพของเราดีขึ้นไปอีก Kokorev กล่าว เมื่อมองไปในอนาคต ผมกระหายที่จะได้ดำดิ่งลึกลงไปและเรียนรู้ว่าอะไรที่สร้างพลังให้กับเครื่องยนต์หัวใจของจุดแดงน้อย ในขณะที่เราคิดว่ามันเป็นหลุมดำ ก็ยังมีทฤษฎีอื่นๆ ที่น่าสนใจที่เสนอขึ้นมาซึ่งก็น่าตื่นเต้นด้วย บางทีในอีกปีหรือสองปีนี้ เราจะได้คำตอบสุดท้ายว่าอะไรที่สร้างพลังให้กับแหล่งเหล่านี้
แหล่งของความคลาดเคลื่อนหลักก็เป็นปรากฏการณ์เลนส์ความโน้มถ่วงจากกระจุกที่พื้นหน้าเมื่อมันต้องการแบบจำลองการเกิดเลนส์ซึ่งมาพร้อมกับความคลาดเคลื่อนอย่างมากซึ่งอาจเปลี่ยนผลสรุปนี้ไป แต่การค้นพบนี้ก็เป็นหลักฐานอีกชิ้นที่บอกว่าหลุมดำมวลมหาศาลที่พบในใจกลางกาแลคซีขนาดใหญ่เกือบทุกแห่งในปัจจุบัน เจริญเติบโตจาก “เมล็ดพันธุ์หนัก”
Black hole star
ลำดับเหตุการณ์เสนอว่ามีหลุมดำบางส่วนในเอกภพยุคต้นก่อตัวขึ้นมาก็ใหญ่โตแล้ว ซึ่งช่วยให้พวกมันเจริญได้รวดเร็วกลายเป็นหลุมดำมวลมหาศาลอย่างที่พบในจุดแดงน้อย แต่ว่าหลุมดำเมล็ดพันธุ์แบบหนักนั้นก่อตัวหลังจากบิ๊กแบงไม่นานได้อย่างไรก็ยังคงเป็นที่ถกเถียงอยู่
แหล่งข่าว science.nasa.gov : NASA Webb finds strongest evidence yet for “black hole stars”
skyandtelescope.com : "Little Red Dot" Is a Cocooned Black Hole
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2026 Blockdit
