“กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ค้นพบจุดแดงสุดแปลกประหลาด
ซึ่งไม่เคยพบที่ไหนมาก่อน มันอาจบ่งชี้ถึงวัตถุประเภทใหม่ที่เรียกว่า ‘ดาวหลุมดำ’”
งานวิจัยใหม่ที่เผยแพร่บนวารสาร Astronomy & Astrophysics เผยให้เห็นว่าวัตถุลึกลับที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (JWST) ค้นพบเมื่อปี 2022 ซึ่งในตอนแรกเชื่อกันว่าเป็นกาแล็กซียุคเริ่มแรกที่เกิดขึ้นหลังจากบิ๊กแบงเพียง 700 ล้านปี อาจเป็นสิ่งใหม่ที่ชื่อว่า ดาวหลุมดำ (the black hole star)
มันไม่เหมือนกาแล็กซีใด ๆ ในจักรวาลของปัจจุบัน หากทฤษฎีนี้ถูกต้องเราก็จะสามารถอธิบายได้ในตอนนี้ว่าหลุมดำสามารถเติบโตจนมีขนาดมหึมาได้อย่างไรก่อนที่จักรวาลจะมีอายุครบ 1 พันล้านปี
“โดยพื้นฐานแล้ว เราศึกษาจุดแดงมามากพอแล้ว จนกระทั่งเราเห็นจุดที่มีชั้นบรรยากาศมากจนไม่สามารถอธิบายได้ว่าเป็นดาวฤกษ์ทั่วไปที่เราพบในกาแล็กซี” โจเอล เลจา (Joel Leja) สมาชิกทีมวิจัยและนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเพนน์สเตต กล่าว
“จริง ๆ แล้วมันเป็นคำตอบที่ดูดี (ดาวหลุมดำ) เพราะเราคิดว่ามันเป็นกาแล็กซีเล็ก ๆ ที่เต็มไปด้วยดาวฤกษ์เย็น ๆ หลายดวง แต่จริง ๆ แล้วมันคือดาวฤกษ์ขนาดมหึมาที่เย็นจัดดวงเดียว” เธอเสริม
แต่แทนที่จะขับเคลื่อนด้วยปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันเช่นเดียวกับดาวฤกษ์ทั่วไป แต่วัตถุนี้ทรงพลังด้วยการดูดกลืนสสารรอบข้างและปล่อยพลังงานออกมาอย่างตะกละตะกลาม งานวิจัยใหม่นี้อาจเป็นกาวติดแน่นให้กับทฤษฎีที่ผิดพลาดของเราได้ โดยนำเสนอวัตถุประเภทใหม่ทั้งหมดในเอกภพ
ผู้ทำลายจักรวาล
นับตั้งแต่ JWST เริ่มต้นงานของมันอย่างเต็มระบบ นักวิทยาศาสตร์ก็มองเห็นสิ่งต่าง ๆ ที่หลายครั้งพวกเขาแทบไม่เชื่อสายตาตัวเอง ทว่าข้อมูลกลับแสดงอย่างชัดเจนว่านี่ไม่ใช่สิ่งทฤษฎีปัจจุบันของเราคุ้นเคย โดยเฉพาะวัตถุที่เรียกว่า ‘ผู้ทำลายจักรวาล’ (universe breakers)
มันคือจุดแดงเล็ก ๆ ที่เดินทางผ่านจักรวาลมามากกว่า 1.2 หมื่นล้านปี ปัญหาคือมันมีขนาดใหญ่มากเกินไปเมื่อเทียบกับเวลาที่มันถือกำเนิดขึ้น บางวัตถุเกิดขึ้นหลังจากบิ๊กแบงเพียง 700 ล้านปี และบางวัตถุก็ผลักตัวเลขนี้ถึงขีดสุดที่ 300 ล้านปีหลังบิ๊กแบง
ตามทฤษฎีจักรวาลที่ยึดถือปัจจุบันระบุว่าเป็นไปไม่ได้เลยที่วัตถุดังกล่าวจะรวมตัวเติบโตมาเป็นขนาดเช่นนั้นได้ด้วยเวลาเพียงไม่กี่ร้อยล้านปี มันจึงกลายเป็นเหมือน ‘ผู้ทำลาย(แนวคิด)จักรวาล(ปัจจุบัน)’ ที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์สับสน โดยเฉพาะวัตถุหนึ่งที่เรียกว่า ‘เดอะคลิฟฟ์’ (The Cliff)
เดอะคลิฟฟ์ถูกค้นพบเมื่อปี 2022 โดยอยู่ห่างจากโลกประมาณ 1,2000 ล้านปีแสง ซึ่งในตอนแรกนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์เชื่อกันว่ามันน่าจะเป็นกาแล็กซีโบราณ จึงทำการตรวจสอบตามปกติด้วยคลื่นความยาวหรือสเปกตรัมที่แตกต่างกันไปตลอดปี 2024 ที่ผ่านมา
แต่แล้วพวกเขาก็สังเกตเห็นความสว่างที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วที่เรียกว่า Balmer break ซึ่งก็คือสเปกตรัมในช่วงอัลตราไวโอเลตเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว โดยปกติแล้วจะเกิดจากอะตอมไฮโดรเจนดูดกลืนแสงที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่า และมักเกี่ยวข้องกับกาแล็กซีที่มีประชากรดาวฤกษ์ประเภท A จำนวนมาก
ประเด็นก็คือการจะเกิด Balmer break ที่รุนแรงได้นั้น กาแล็กซีจะต้องมีอายุมากพอที่ประชากรดาวฤกษ์ประเภท O และ B รุ่นแรก ๆ ได้ตายไปเป็นส่วนใหญ่แล้วเหลือเพียงประเภท A ที่เป็นแหล่งกำเนิดแสงส่วนใหญ่ของกาแล็กซี กล่าวอย่างง่ายที่สุด กาแล็กซีต้องมีอายุมากพอจึงจะมีปรากฏการณ์นี้ได้ ดังนั้นการตรวจพบ Balmer break จากเดอะคลิฟฟ์ท้ายทายความเชื่อของเราทั้งหมด
“คุณสมบัติสุดขั้วของเดอะคลิฟฟ์บังคับให้เราต้องกลับไปคิดใหม่และสร้างแบบจำลองใหม่ทั้งหมด” แอนนา เดอ กราฟฟ์ (Anna de Graaff) นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์จากสถาบันดาราศาสตร์มักซ์พลังค์ในเยอรมนีเขียน
วัตถุประเภทใหม่
ลักษณะที่เด่นชัดผิดปกตินี้ทำให้นักดาราศาสตร์สงสัยว่าพวกเขากำลังเห็นสิ่งแปลกใหม่หรือไม่ ความสว่างของวัตถุบ่งชี้ว่ามีแหล่งกำเนิดพลังงานสูง และ Balmer break ที่เกิดขึ้นก็ต้องการความหนาแน่นของไฮโดรเจน ณ จุดอุณหภูมิเฉพาะ นักวิทยาศาสตร์จึงเสนอความเป็นไปได้สองแบบ
“ความเป็นไปได้อย่างหนึ่งคือ จุดสีแดงเล็ก ๆ เป็นกาแล็กซีที่มีมวลมากและกะทัดรัด มีการก่อตัวของดาวฤกษ์อย่างหนาแน่น นำไปสู่ความหนาแน่นของดาวฤกษ์ที่แกนกลางสูงมาก” ฟาบิโอ ปาคชี (Fabio Pacucci) นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ประจำศูนย์ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ฮาร์วาร์ดและสมิธโซเนียน ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษาครั้งใหม่นี้กล่าว
สถานการณ์นี้ชี้ให้เห็นว่าจุดสีแดงเล็ก ๆ อาจเป็นกาแล็กซีขนาดเล็กแต่หนาแน่นและอุดมไปด้วยดาวฤกษ์ ซึ่งเกี่ยวข้องกับกระบวนการแปลกใหม่ที่ไม่เคยเห็นมาก่อน
“อีกความเป็นไปได้หนึ่งคือพวกมันมีหลุมดำมวลมหาศาลอยู่ที่ใจกลาง ซึ่งมักจะปรากฏว่า ‘มีมวลมากเกิน’ เมื่อเทียบกับมวลดาวฤกษ์ของกาแล็กซี” เขาเสริม โดยในทั้งสองกรณี ความแดงอาจเกิดจากฝุ่นขนาดมหึมาที่ล้อมรอบวัตถุ
ทีมวิจัยเชื่อว่าแนวคิดที่สองดูเป็นไปได้มากกว่า เนื่องจากก๊าซหนาแน่นหรือก็คือมวลที่สะสมล้อมรอบหลุมดำสามารถป้อนพลังงานให้กับสัตว์ร้ายตัวนี้ได้ ซึ่งยิ่งมีมากก็จะยิ่งเปล่งแสงออกมาได้มาก และทำให้ก๊าซร้อนขึ้นจนเรืองแสงคล้ายดาวฤกษ์ กล่าวอย่างง่ายที่สุด สัตว์ร้ายตัวนี้กำลังกินจนก๊าซลุกเป็นไฟ
ดังนั้น “ค่ำคืนของกาแล็กซีเหล่านี้จะสว่างจ้าอย่างน่าประหลาดใจ” ปิงเจี๋ย หวัง (Bingjie Wang) นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยพรินซ์ตันกล่าว “หากการตีความนี้เป็นจริง ก็หมายความว่าดาวฤกษ์ก่อตัวขึ้นจากกระบวนการอันน่าทึ่งที่ไม่เคยมีใครสังเกตเห็นมาก่อน”
ยังไงก็ตาม แนวคิดนี้ยังคงเป็นเพียง ‘ทฤษฎี’ เท่านั้นในปัจจุบัน จำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อดูว่าวัตถุเหล่านี้สามารถพบได้ในที่อื่นของจักรวาลอีกหรือไม่ ยิ่งมีตัวอย่างมากเท่าไหร่ นักวิทยาศาสตร์ก็สามารถตรวจสอบวิธีการก่อตัวและวิวัฒนาการของพวกมันได้มากขึ้นเท่านั้น และเป็นไปได้ว่าคำตอบของมันอาจทำให้ จักรวาลวิทยาของเราปลอดภัยจาก ‘ผู้ทำลายจักรวาล’ ได้
“ไม่มีใครรู้จริง ๆ ว่าหลุมดำขนาดมหึมาที่ใจกลางกาแล็กซีเหล่านี้มาจากไหนหรือเพราะเหตุใด” เลจากล่าว “ดาวหลุมดำเหล่านี้อาจเป็นช่วงแรกของการก่อตัวของหลุมดำที่เราเห็นในกาแล็กซีในปัจจุบัน ซึ่งเป็นหลุมดำมวลยวดยิ่งในระยะเริ่มต้น”
เราสามารถมั่นใจได้ว่า JWST จะยังคงมองหาจุดแดงเล็ก ๆ เหล่านี้ต่อไป แต่สิ่งหนึ่งที่แน่ใจในตอนนี้มันได้เปลี่ยนมุมมองของเราทั้งหมดที่มีต่อจักรวาลไปแล้ว
“นี่เป็นแนวคิดที่ดีที่สุดที่เรามี และเป็นแนวคิดแรกที่สอดคล้องกับข้อมูลเกือบทั้งหมด ดังนั้นตอนนี้เราต้องขยายความเพิ่มเติม” เลจากล่าว “ไม่เป็นไรที่จะคิดผิด จักรวาลนี้แปลกประหลาดกว่าที่เราจะจินตนาการได้ และสิ่งที่เราทำได้คือติดตามเบาะแสของมัน ยังมีเรื่องน่าประหลาดใจอีกมากมายรอเราอยู่”
สืบค้นและเรียบเรียง
วิทิต บรมพิชัยชาติกุล
ที่มา
อ่านเพิ่มเติม : นักดาราศาสตร์ชี้ มีโอกาส 90%
ที่เราจะเห็นหลุมดำระเบิดในอีก 10 ปีข้างหน้า
