พบ หลุมดำรวมตัว กัน ไกลที่สุดเท่าที่เคยพบมา มันมีอายุเพียง 740 ล้านปีหลังเกิดบิ๊กแบง กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ได้ค้นพบสิ่งที่ท้าทายทฤษฏีของจักรวาลอีกครั้ง
หลุมดำรวมตัว – นักดาราศาสตร์ได้ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (JWST) ตรวจจับ หลุมดำมวลมหาศาล คู่หนึ่งที่อยู่ห่างไกลที่สุดในจักรวาลเท่าที่เรารู้จัก คาดว่า สัตว์ประหลาดแห่งจักรวาลแต่ละดวงเหล่านี้น่าจะมีมวลเท่ากับ 50 ล้านเท่าของดวงอาทิตย์ มันอยู่ห่างจากโลกมากกว่า 13,000 ล้านปีแสง และเกิดขึ้นในเวลาเพียง 740 ล้านปีหลังจากบิ๊กแบง สิ่งนี้อาจช่วยตอบหนึ่งในคำถามที่ยิ่งใหญ่ทางจักรวาลวิทยา
“ปัญหาหนึ่งที่เรามีในจักรวาลวิทยาคือ การอธิบายว่าหลุมดำเหล่านี้สร้างและเติบโต (ให้มีขนาดมหึมา) ได้อย่างไร” ศาสตราจารย์ โรเบอร์โต ไมโอลิโน (Roberto Maiolino) นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ กล่าว
“สมัยก่อน เรามักพูดถึงเรื่องการกลืนกิน (สสาร) อย่างรวดเร็วหรือการเกิดมาอย่างใหญ่โต แต่ความเป็นไปได้อีกอย่างหนึ่งคือ พวกมันเติบโตอย่างรวดเร็วด้วยการรวมตัวเข้าด้วยกัน” ศาสตราจารย์ไมโอลิโน กล่าวเสริม
แม้ว่ามันจะไม่ใช่หลุมดำที่ใหญ่ที่สุด หรือเก่าแก่ที่สุดเท่าที่เคยตรวจพบกันมา แต่หลุมดำคู่ที่ควบรวมกันนี้อาจเผยให้เห็นถึงเบาะแสบางอย่างที่ยังไม่สามารถอธิบายได้ว่าวัตถุที่เกิดขึ้นในวัยเด็กของเอกภพสามารถเติบโตรวดเร็วได้อย่างไร การค้นพบนี้แสดงให้เห็นว่าการรวมตัวกันน่าจะเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้หลุมดำเติบโตได้อย่างรวดเร็วตั้งแต่แรกเริ่มของจักรวาล
ในรายงานที่เผยแพร่ในวารสารรายเดือนของราชสมาคมดาราศาสตร์ (Royal Astronomical Society) ได้ใช้กล้องอินฟราเรดของเจมส์ เวบบ์ สำรวจกาแล็กซี ZS7 ซึ่งเป็นหนึ่งในดาราจักรที่ถือกำเนิดขึ้นในยุคเริ่มต้นของจักรวาลที่เรียกกันว่า ‘อรุณรุ่งแห่งจักรวาล’ (cosmic dawn)
การสำรวจก่อนหน้านี้เผยให้เห็นว่า ดาราจักรแห่งนี้อาจมีหลุมดำมวลมหาศาลอยู่ ณ ใจกลางโดยมีสสารที่อยู่รอบตัวป้อนสัตว์ประหลาดตัวนี้อยู่ การสังเกตการณ์โดยละเอียดของ JWST ได้ยืนยันปรากฏการณ์ดังกล่าว โดยมองเห็นแสงจ้าที่ถูกปล่อยออกมา ในขณะที่ก๊าซร้อนและฝุ่นกำลังหมุนวนลงไปในกระเพาะของหลุมดำ
การเคลื่อนไหวของเมฆก๊าซหนาแน่นรอบหลุมดำบ่งบอกว่ามันกำลังเติบโตอย่างต่อเนื่อง พร้อมกับกำลังเข้าใกล้หลุมดำหลุมดำที่สองมากขึ้น ซึ่งเป็นขั้นตอนหนึ่งในกระบวนการรวมตัวกลายเป็นหลุมดำมวลยิ่งยวดมากขึ้น
“ต้องขอบคุณความสามารถในถ่ายภาพที่มีความคมชัดอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อนของเวบบ์ ซึ่งช่วยให้ทีมงานของเราสามารถจำแนกหลุมดำทั้งสองออกจากกันในเชิงพื้นที่ได้” ฮันนาห์ อูเบลอร์ (Hannah Übler) ผู้เขียนหลักจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ กล่าว “ผลงานของเราแสดงให้เห็นว่าหลุมดำมวลมากสามาถสร้างวิวัฒนาการของกาแล็กซีได้ตั้งแต่แรกเริ่ม”
หลุมดำนั้นเป็นวัตถุที่มีมวลมากเป็นพิเศษกว่าสิ่งใดในจักรวาล ทำให้มันมีแรงดึงดูดสูงมากจนไม่มีสิ่งใดรอดออกมาแม้แต่แสงก็ตาม ในปัจจุบันนั้นหลุมดำมักจะเกิดขึ้นจากการยุบตัวของดาวมวลมาก การระเบิดของซุปเปอร์โนวา และเติบโตโดยการกลืนกินก๊าซ ฝุ่น ดาวฤกษ์ และสสารต่าง ๆ ในกาแล็กซีที่ล้อมรอบพวกมัน
หลุมดำที่หิวโหยและกระฉับกระเฉงที่สุดนั้นอาจเปลี่ยนสถานะตัวเองให้มีมวลมหาศาล โดยสามารถมีขนาดได้ตั้งแต่ 2-3 แสนถึงหลายพันล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ และหนึ่งในวิธีสำคัญที่ทำให้เกิดหลุมดำใหญ่คือการรวมตัวกันระหว่างหลุมดำใหญ่กับหลุมดำใหญ่ด้วยกัน ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่พบได้ในปัจจุบัน
แต่หลุมดำขนาดใหญ่ที่รวมตัวกันตั้งแต่สมัยโบราณของจักรวาลนี้เพิ่มหลักฐานให้กับแนวคิดที่ว่าหลุมดำมีผลกระทบอย่างมากต่อวิวัฒนาการของกาแล็กซียุคแรกเริ่ม ทำให้เกิดการเติบโตอย่างรวดเร็วเกินที่ทฤษฏีจักรวาลวิทยาปัจจุบันสามารถจะอธิบายได้
กล่าวคือ ก่อนหน้านี้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ได้ค้นพบกาแล็กซี 6 แห่งที่เกิดขึ้นในช่วงอรุณรุ่งของจักรวาล แต่สิ่งแปลกประหลาดคือพวกมันมีขนาดใหญ่มากเกินไปที่ทฤษฏีปัจจุบันจะอธิบายได้ ดังนั้นการค้นพบนี้อาจเป็นคำตอบของปัญหาดังกล่าว
“นี่อาจเป็นช่องทางที่แท้จริงสำหรับการเติบโตอย่างรวดเร็วของหลุมดำยุคแรก” ศาสตราจารย์ ไมโอลิโน กล่าว
ขณะที่ศาสตราจารย์ แอนดรูว์ ปอนต์เซน (Andrew Pontzen) นักจักรวาลวิทยาจากมหาวิทยาลัยคอลเลจลอนดอน ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับการวิจัยนี้ กล่าวเสริมว่า “ช่องว่างสำคัญอย่างหนึ่งในหนังสือประวัติศาสตร์จักรวาลของเราคือ สถานที่ที่หลุมดำยักษ์ซึ่งมีมวลนับล้านหรือพันล้านเท่าของดวงอาทิตย์เหล่านี้มาจากไหน?”
“พวกมันเกิดมาใหญ่อยู่แล้ว หรือต้องถูกสร้างขึ้นจากหลุมดำขนาดเล็กซึ่งชนกันจนกลายเป็นหลุมดำยักษ์? หลักฐานใหม่จาก (กล้องโทรทรรศน์เจมส์ เวบบ์) นี้เป็นหลักฐานทางอ้อม แต่ก็ช่วยชี้ให้เห็นถึงบทบาทสำคัญของการชนกันของหลุมดำ”
มรดกของการควบรวมครั้งใหญ่เหล่านี้ยังคงหลงเหลือร่องรอยมายังปัจจุบันในรูปแบบของคลื่นความโน้มถ่วง มันเป็นระลอกคลื่นที่เกิดขึ้นในโครงสร้างกาล-อวกาศที่ไอน์สไตน์ได้ทำนายไว้ ซึ่งได้รับการยืนยันแล้วในเครื่องตรวจจับแรงโน้มถ่วง ‘LIGO’ (The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory)
แต่การค้นพบครั้งนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์ได้ ‘มองเห็น’ กระบวนการเหล่านี้เป็นครั้งแรก ทว่าอุปกรณ์บนโลกยังคงมีข้อจำกัด และ JWST ก็ไม่ได้ออกแบบมาเพื่อสังเกตการณ์ดังกล่าว นักวิทยาศาสตร์จึงหวังว่าเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงรุ่นใหม่ที่มีกำหนดเปิดตัวในปี 2035 ชื่อ ‘LISA’ (the Laser Interferometer Space Antenna) จะช่วยให้พวกเขามีข้อมูลที่ละเอียดยิ่งขึ้น
สืบค้นและเรียบเรียง วิทิต บรมพิชัยชาติกุล
Image credit: ESA/Webb, NASA, CSA, J. Dunlop, D. Magee, P. G. Pérez-González, H. Übler, R. Maiolino, et. al
ที่มา
https://academic.oup.com/mnras/article/531/1/355/7671512?login=false
https://esawebb.org/news/weic2413/#msdynttrid=df-jxjyorUtp7QIx4UYsuZ8XT5vi3kMuAOltl7uaIsg
https://www.cam.ac.uk/research/news/webb-detects-most-distant-black-hole-merger-to-date
https://www.iflscience.com/webb-telescope-spots-most-distant-black-hole-merger-ever-detected-74264
อ่านเพิ่มเติม หลุมดำ คืออะไร? รู้จัก ‘แรงดึงดูดทำลายล้าง’ แห่งจักรวาลของเรา
