“พบ ‘ระบบหลุมดำ 3 ดวง’ ครั้งแรกในประวัติศาสตร์”
สถานที่ดังกล่าวประกอบไปด้วยหลุมดำ 1 หลุมบวกกับดาวฤกษ์อีก 2 ดวง ท้าทายแนวคิดเดิมเกี่ยวกับการก่อกำเนิดของหลุมดำซึ่งเคยเชื่อกันว่าหลุมดำจะอยู่กับดาวฤกษ์อีกเพียง 1 ดวงเป็นระบบคู่เท่านั้น
นับตั้งแต่มีการศึกษาหลุมดำกันอย่างจริงจังในจักรวาล นักวิทยาศาสตร์ก็พบว่าหลุมดำเหล่านั้นหากไม่ได้มีขนาดใหญ่ระดับมวลมหาศาล ก็มักจะอยู่เป็นคู่กับวัตถุรองอีกหนึ่งดวงเท่านั้นไม่ว่าจะเป็นดาวฤกษ์ ดาวนิวตรอนที่มีความหนาแน่นสูงมาก หรือไม่ก็หลุมดำอิกหลุมที่โคจรรอบ ๆ
เหตุผลก็เนื่องมาจากตามทฤษฏีแล้ว หลุมดำจะเกิดขึ้นภายใต้สภาวะสุดขั้วเมื่อดาวฤกษ์ขนาดใหญ่ตายลงด้วยซูเปอร์โนวา (Supernova) ซึ่งจะพัดสิ่งที่อยู่รอบข้างกระจายออกไปอย่างรุนแรง ดังนั้นมันจึงไม่มีอะไรเหลือนอกจากวัตถุคู่ของมัน
อย่างไรก็ตามเมื่อนักดาราศาสตร์ได้จ้องมองไปยังระบบดาว V404 Cygni อีกครั้งซึ่งตั้งอยู่ในทางช้างเผือกของเราและห่างจากโลกประมาณ 8,000 ปีแสง พวกเขาก็ต้องประหลาดใจว่านี่อาจเป็นหลักฐานแรกสุดของการให้กำเนิดหลุมดำ ‘แบบอ่อนโยน’
“ระบบนี้น่าตื่นเต้นมากสำหรับวิวัฒนาการของหลุมดำ และยังทำให้เกิดคำถามที่ว่ายังมีดาวฤกษ์สามดวงอีกหรือไม่” เควิน เบิร์จ (Kevin Burdge) จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาซูเซตส์ หรือ MIT กล่าว “การที่ดาวดวงนี้(ดาวฤกษ์ดวงที่ 2)โคจรอยู่เป็นเรื่องที่น่าแปลกใจ เพราะนั่นหมายความว่ามันได้รับแรงผลักดันจากการเกิดใหม่ที่มีพลังงานต่ำ”
ไม่ใช่ 2 แต่เป็น 3
อันที่จรืงแล้วระบบดาว V404 Cygni นั้นได้รับการศึกษามาเป็นอย่างดีและเป็นหนึ่งในวัตถุแรก ๆ ที่ได้รับการยืนยันว่าเป็นหลุมดำตั้งแต่ปี 1992 โดยมีเอกสารทางวิทยาศาสตร์มากกว่า 1,300 ฉบับที่กล่าวถึงระบบดาวนี้ว่าเป็น ‘ระบบดาวคู่เอ็กซ์เรย์’ โดยมีดาวฤกษ์หนึ่งดวงโคจรรอบหลุมดำหนึ่งหลุมในทุก ๆ 6.5 วัน
อย่างไรก็ตามขณะที่ เบิร์จ ได้ตรวจสอบภาพออปติคัลของ V404 Cygni ผ่าน ‘Aladin Lite’ ซึ่งเป็นคลังข้อมูลการสังเกตทางดาราศาสตร์ที่รวบรวมจากกล้องโทรทรรศน์ในอวกาศและทั่วโลก เขาก็เห็นสิ่งที่ดูผิดปกติ มันเป็นก้อนแสง 2 ดวงที่อยู่ใกล้กันอย่างน่าประหลาดใจ
ดวงแรกคือสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ระบุกันว่าเป็นหลุมดำและดาวฤกษ์อีกดวงหนึ่งที่โคจรอยู่ใกล้ชิดกัน ดาวดวงนี้อยู่ใกล้มากจนสามารถปล่อยสสารบางส่วนไปที่หลุมดำและเปล่งแสงออกมาซึ่งเป็นเรื่องปกติที่พบ ทว่าดวงแสงที่สองนั้นแตกต่างออกไป มันไม่เคยถูกตรวจสอบอย่างใกล้ชิดมาก่อนจนกระทั่งตอนนี้ มันคือดาวฤกษ์อีกดวง
“การค้นพบเหล่านี้เกิดขึ้นด้วยความบังเอิญทั้งนั้น ผมเพิ่งดูรูปของ V404 Cygni และสังเกตเห็นว่ามันอยู่ในกลุ่มดาว 3 ดวง” เบิร์จ กล่าว “จากนั้นเราค้นพบว่าหลุมดำใน V404 Cygni น่าจะเกิดขึ้นโโยไม่มีแรงกระตุ้นจากการเกิด(เขาหมายถึงซูเปอร์โนวา)”
“โดยรวมแล้วไม่น่าแปลกใจที่หลุมดำจะเกิดขึ้นในกลุ่มดาว 3 ดวง เพราะดาวฤกษ์ขนาดใหญ่จำนวนมากอยู่ในกลุ่มดาว 3 ดวง แต่สิ่งที่น่าประหลาดใจก็คือระบบนี้ยังคงยึดเป็นกลุ่มดาว 3 ดวงไว้ได้หลังจากก่อตัวเป็นหลุมดำแล้ว” เขาเสริม
ในตอนแรกทีมวิจัยยังไม่แน่ใจว่าดาวฤกษ์ดวงที่ 3 นี้เชื่อมโยงกับหลุมดำและดาวฤกษ์อีกดวงหรือไม่ เนื่องจากมันอยู่ไกลมาโดยห่างจากหลุมดำ 3,500 หน่วยดาราศาสตร์ (AU คือระยะห่างระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์) ซึ่งถือว่าเป็นระยะทางที่ไกลมาก
ดังนั้นพวกเขาจึงหันไปหาข้อมูลจาก ‘ไกอา’ (Gaia) ซึ่งเป็นเครื่องมือที่ติดตามการเคลื่อนที่ของดวงดาวหลายพันล้านดวงในทางช้างเผือกที่แม่นยำตั้งแต่ปี 2014 ข้อมูลทั้งหมดก็ลงล็อต ตลอดการเคลื่อนที่ในช่วง 10 ปีที่ผ่านมาพบว่าดาวฤกษ์ทั้งสองดวงต่างเคลื่อนที่แบบคู่ขนาดกันพอดีเมื่อเทียบกับดาวข้างเคียงอื่น ๆ ซึ่งโอกาสที่ดาวจะเคลื่อนที่แบบนี้ ‘แบบบังเอิญ’ คือ 1 ใน 10 ล้าน
“แทบจะไม่ใช่เรื่องบังเอิญหรือเหตุบังเอิญอย่างแน่นอน” เบิร์จ กล่าว “เรากำลังเห็นดาวสองดวงที่เคลื่อนที่ตามกัน เพราะพวกมันเชื่อมโยงกันด้วยแรงโน้มถ่วงแบบอ่อน ๆ ดังนั้นนี่จึงเป็นระบบ 3 ดวง”
แล้วมันเกิดขึ้นได้อย่างไร
อย่างที่กล่าวไปข้างต้น ตามธรรมชาติแล้ว หลุมดำทั่วไปมักเกิดจากซูเปอร์โนวา การระเบิดที่รุนแรงนั้นจะส่งให้ดาวฤกษ์หรือวัตถุอื่น ๆ ที่อยู่รอบนอกซึ่งถูกยึดไว้ด้วยแรงโน้มถ่วงอ่อน ๆ กระเด็นออกนอกระบบไป
“ลองนึกภาพว่าคุณกำลังดึงว่าว แต่แทนที่จะใช้เชือกเส้นใหญ่ คุณกำลังดึงด้วยใยแมงมุมแทน” เบิร์จ อธิบาย “ถ้าคุณดึงมันแรงเกินไป ใยแมงมุมก็จะขาดและคุณจะสูญเสียว่าวไป แรงโน้มถ่วงก็เหมือนกับเชือกที่ผูกไว้อย่างไม่แน่นหนาซึ่งอ่อนมาก และหากคุณทำอะไรรุนแรงกับดาวคู่ดวงใน (เช่นซูเปอร์โนวา) คุณจะสูญเสียดาวดวงนอกไป”
แต่หลักฐานก็เห็นอยู่ทนโท่ ระบบ 3 ดาวที่ประกอบด้วยหลุมดำหนึ่งและดาวฤกษ์อีกสองอยู่ห่างจากเรา 8,000 ปีแสงนี่เอง แต่มันยังคงรักษาระบบนี้ไว้ได้อย่างไรนั้น ทีมวิจัยพยายามหาคำตอบด้วยแบบจำลองนับหมื่น ๆ ครั้งโดยปรับเปลี่ยนปัจจัยเล็ก ๆ น้อยเพื่อดูว่ามีอะไรเกิดขึ้นบ้าง
เช่นปริมาณและทิศทางของพลังงานที่ปล่อยออกมา รวมถึงการยุบตัวลงเป็นหลุมดำโดยไม่มีการปล่อยพลังงานออกมาเลยซึ่งเรียกว่า ‘การยุบตัวโดยตรง’ แต่ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดขั้นเกิดขึ้นภายใต้สภาวะเดียว
“การจำลองส่วนใหญ่แสดงให้เห็นว่าวิธีที่ง่ายที่สุดในการทำให้ระบบ 3 ดวงนี้เกิดขึ้นได้คือ การยุบตัวโดยตรง” เบิร์จ กล่าว
นับเป็นหลักฐานแรกสุดที่ชี้ว่าหลุมดำอาจเกิดขึ้นโดยวิธีการอื่น ๆ ที่ไม่ใช่ความรุนแรงแต่เป็นแบบอ่อนโยน ซึ่งทำให้ดาวฤกษ์ดวงที่อยู่ห่างไกลยังคงสามารถเกาะแรงโน้มถ่วงของระบบนี้ไว้ได้ นักวิทยาศาสตร์กล่าวพวกเขาต้องหาหลักฐานเพิ่มเติมเพื่อชี้ว่าจริง ๆ แล้วสถานการณ์นี้ ‘ก็เป็นเรื่องปกติ’ รึเปล่า?
“เราไม่เคยทำแบบนี้กับหลุมดำเก่า ๆ ได้มาก่อน” เบิร์จ บอก “ตอนนี้เรารู้แล้วว่า V404 Cygni เป็นส่วนหนึ่งของหลุมดำ 3 ดวง ซึ่งอาจก่อตัวขึ้นจากการยุบตัวโดยตรง และก่อตัวขึ้นเมื่อประมาณ 4 พันล้านปีก่อน ต้องขอบคุณการค้นพบเหล่านี้”
“ในขณะนี้ระบบหลุมดำ 3 ดวงนี้เป็นแห่งเดียวที่เรารู้จัก แต่เรากำลังดำเนินการอย่างต่อเนื่องเพื่อค้นหลุมดำเหล่านี้เพิ่มเติม”
สืบค้นและเรียบเรียงข้อมูล
วิทิต บรมพิชัยชาติกุล
ที่มา
อ่านเพิ่มเติม : ตะลึง! “ หลุมดำรวมตัว ” ไกลที่สุดในจักรวาล อายุ 740 ล้านปีหลังเกิดบิ๊กแบง
