ทำความรู้จัก Ultramassive Black Hole หลุมดำที่ใหญ่ที่สุดในจักรวาล


ณ ใจกลางกาแล็กซีของเรามีหลุมดำขนาดมหึมาอาศัยอยู่ - Cr. Nasa Goddard

นักดาราศาสตร์กำลังสังเกตเห็นหลุมดำขนาดยักษ์ประเภทใหม่ที่ทำให้แม้แต่หลุมดำมวลยิ่งยวด (supermassive black hole) ที่ใจกลางกาแล็กซีต่าง ๆ ดูเล็กจิ๋ว เป็นไปได้หรือไม่ว่า อาจมีหลุมดำขนาดมหึมาซ่อนตัวอยู่ในความมืดมิดของห้วงอวกาศ

ณ ใจกลางกาแล็กซีของเรามีหลุมดำขนาดมหึมาอาศัยอยู่ มันมีความกว้างเท่ากับดวงอาทิตย์ของเรา แต่มีมวลมากกว่าหลายล้านเท่า แรงดึงดูดมหาศาลของหลุมดำนี้ทำให้ฝุ่นอวกาศและก๊าซระหว่างดวงดาวรอบ ๆ หมุนรอบมัน หลุมดำมวลมหาศาลนี้เป็นหัวใจของทางช้างเผือก ขับเคลื่อนการก่อตัวและวิวัฒนาการของกาแล็กซีแห่งนี้ตลอดประวัติศาสตร์ 13,000 ล้านปี และช่วยก่อให้เกิดระบบสุริยะเช่นเดียวกับระบบของเรา ในบางครั้ง ดาวฤกษ์จะโคจรเข้ามาใกล้เกินไปและถูกฉีกออกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย และหายไปในพริบตาไม่เหลือร่องรอยของการมีอยู่ก่อนหน้า หลุมดำดูเหมือนเป็นสัตว์ร้ายที่น่ากลัว ด้วยพลังในการสร้างและทำลายล้างมหาศาล

เกือบทุกกาแล็กซีขนาดใหญ่มีหลุมดำมวลยิ่งยวดอยู่ตรงใจกลาง แต่ในภาพรวมของจักรวาล หลุมดำของกาแล็กซีเราซึ่งเรียกว่า ซาจิททาเรียส เอ สตาร์ (Sagittarius A*) นั้นมีขนาดเล็กมาก ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา นักดาราศาสตร์ได้ค้นพบหลุมดำที่มีขนาดใหญ่กว่ามาก ซึ่งเรียกว่าหลุมดำมวลอภิมหายิ่งยวด (ultramassive black hole) หลุมดำบางหลุมมีมวลมากกว่า Sagittarius A* ถึง 1,000 เท่า และมีขนาดใหญ่พอที่จะครอบคลุมพื้นที่ทั้งระบบสุริยะของเราได้

ภาพจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ (James Webb Space Telescope - JWST) ยังทำให้เราเข้าใจอย่างลึกซึ้งด้วยว่า ยักษ์ใหญ่เหล่านี้เติบโตได้อย่างไรในยามอรุณรุ่งของกาลเวลา แต่ยังมีปริศนาอีกมากมายเช่นกัน เช่น พวกมันมาจากไหน และพวกมันสามารถใหญ่โตได้เพียงใด

การวัดขนาดของวัตถุขนาดใหญ่และอยู่ห่างไกลเช่นนี้ (ซึ่งตามคำจำกัดความแล้วไม่สามารถสังเกตได้โดยตรง) เป็นเรื่องยาก แต่เราก็รู้ดีว่า หลุมดำที่ใหญ่ที่สุดบางอันมีขนาดใหญ่มากอย่างน่าประหลาดใจ หนึ่งในหลุมดำที่ใหญ่ที่สุดที่ถูกค้นพบจนถึงปัจจุบัน ซึ่งรู้จักกันในชื่อ Ton 618 ถูกค้นพบว่าซ่อนตัวอยู่ใจกลางของเควซาร์ ซึ่งอยู่ห่างจากโลกประมาณ 18,000 ล้านปีแสง คาดว่าวัตถุนี้มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ถึง 66,000 ล้านเท่า และกว้างกว่าระยะห่างระหว่างดาวเนปจูนกับดวงอาทิตย์ของเราถึง 40 เท่า หลุมดำอีกแห่งที่ใจกลางกระจุกดาราจักรที่เรียกว่า Holm 15A เคยถูกประเมินเมื่อไม่นานมานี้ว่ามีน้ำหนักมากกว่าดวงอาทิตย์ประมาณ 44,000 ล้านเท่า และมีขนาดกว้างกว่าระยะห่างระหว่างดาวเนปจูนกับดวงอาทิตย์ถึง 30 เท่า


ภาพจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล แสดงให้เห็น 3 กาแล็กซีที่กำลังรวมตัวเข้าด้วยกัน - Cr. HUBBLE / NASA / ESA

หลุมดำเหล่านี้มีขนาดใหญ่มากอย่างไม่อาจปฏิเสธได้ แต่บรรดานักวิทยาศาสตร์บางคนเชื่อว่า อาจมีหลุมดำขนาดใหญ่กว่านั้นอีกซ่อนอยู่ที่ไหนสักแห่ง

“จากมุมมองทางทฤษฎีแล้ว ถือว่าไม่มีขีดจำกัด” เจมส์ ไนติงเกล นักจักรวาลวิทยาเชิงสังเกตการณ์จากมหาวิทยาลัยนิวคาสเซิลในสหราชอาณาจักร กล่าว โดยเขาเป็นผู้ค้นพบหลุมดำมวลอภิมหายิ่งยวดที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ถึง 33,000 ล้านเท่าเมื่อเดือน มี.ค. 2023

หลุมดำที่เรารู้จักมีขนาดต่าง ๆ กัน หลุมดำขนาดเล็กที่สุดอาจมีขนาดเล็กลงจนถึงขนาดอะตอม หลุมดำมวลดาวฤกษ์ที่ผู้คนคุ้นเคยกว่าอาจเป็นหลุมดำมวลมากที่เกิดจากดาวฤกษ์มวลมากยุบตัวลง หลุมดำมวลมากเหล่านี้มีมวลตั้งแต่ประมาณ 3 ถึง 50 เท่าของดวงอาทิตย์ แต่ถูกควบแน่นจนกลายเป็นวัตถุ “ขนาดประมาณเท่ากรุงลอนดอน” จูลี ฮลาเวเซก-ลาร์รอนโด นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยมอนทรีออลในแคนาดากล่าว

ขณะที่หลุมดำมวลปานกลางก่อตัวเป็นกลุ่มถัดไปและมีมวลมากถึงประมาณ 50,000 เท่าของดวงอาทิตย์ และมีขนาดประมาณดาวพฤหัสบดี ส่วนหลุมดำมวลยิ่งยวดมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ของเราเป็นล้าน ๆ หรือเป็นพันล้านเท่า


แบบจำลองคอมพิวเตอร์แสดงการรวมตัวของ 3 กาแล็กซี โดยต่างก็มีหลุมดำมวลยิ่งยวดเป็นของตนเองอยู่ก่อนแล้ว ระบบการรวมตัวของ 3 กาแล็กซีดังกล่าว ใช้เวลาประมาณ 150 ล้านปี เพื่อก่อกำเนิดหลุมดำมวลอภิมหายิ่งยวดแห่งใหม่ โดยหลุมดำยักษ์ที่มีมวลในระดับสูงอย่างเหลือเชื่อจนไม่น่าจะมีอยู่จริงนี้ สามารถจะมีมวลได้ถึง 300,000 ล้านเท่าของดวงอาทิตย์เลยทีเดียว - Cr. ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS

แม้ว่าจะยังไม่มีคำจำกัดความที่ชัดเจนของหลุมดำมวลอภิมหายิ่งยวด แต่โดยทั่วไปก็เห็นพ้องกันว่า หลุมดำมีมวลเริ่มต้นที่ "1 หมื่นล้านเท่าของดวงอาทิตย์" ฮลาเวเซก-ลาร์รอนโด กล่าว แม้ว่าตามหลักการแล้วจะไม่มีเหตุผลที่หลุมดำจะเติบโตได้ถึงขนาดนั้น แต่การมีอยู่ของหลุมดำนั้นเป็นสิ่งที่คาดไม่ถึง เมื่อพิจารณาจากวิธีที่เราเข้าใจในปัจจุบันว่าหลุมดำเติบโตอย่างไร และจักรวาลมีอายุค่อนข้างน้อยเพียง 13,700 ล้านปีเท่านั้น

"การสร้างหลุมดำมวลมหาศาลเช่นนี้โดยใช้วิธีการป้อนแบบดั้งเดิมนั้นเป็นเรื่องยาก" ฮลาเวเซก-ลาร์รอนโด กล่าว โดยเธออ้างถึงวิธีที่หลุมดำดูดกลืนสสารจากรอบตัวเนื่องจากแรงดึงดูดของแรงโน้มถ่วง "ฉันไม่คิดว่าผู้คนจะคาดหวังว่าหลุมดำที่ใหญ่ขนาดนั้นจะมีอยู่จริง"

หากคุณป้อนหลุมดำต่อไป ตามหลักการแล้ว หลุมดำก็ควรจะเติบโตต่อไปอย่างไม่มีจุดสิ้นสุด โดยวัตถุหรือสสารใด ๆ ที่เคลื่อนผ่านขอบฟ้าเหตุการณ์จะทำให้หลุมดำมีมวลเพิ่มขึ้น

ในทางปฏิบัติ อายุของจักรวาลและอัตราที่เราคิดว่าหลุมดำเติบโตควรจำกัดขนาดของหลุมดำ ในทางทฤษฎี หากคุณป้อนสสารต่าง ๆ ให้กับหลุมดำตั้งแต่ดึกดำบรรพ์ หลุมดำอาจมีมวลถึง 2.7 แสนล้านเท่าของดวงอาทิตย์ในปัจจุบัน แต่ก็เป็นที่เชื่อกันว่าหลุมดำไม่ได้เติบโตอย่างสม่ำเสมอ ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์ไม่คาดคิดมาก่อนว่าจะค้นพบหลุมดำมวลอภิมหายิ่งยวด

อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์บางคนคิดว่าเป็นไปได้ที่หลุมดำบางแห่งอาจเติบโตได้มากขึ้น โดยมีมวลถึงล้านล้านเท่าของดวงอาทิตย์ในจักรวาลสมัยใหม่ หากหลุมดำเหล่านั้นสามารถกินสสารได้เร็วกว่าที่คาดไว้ วัตถุเหล่านี้ ซึ่งถูกติดป้ายว่าเป็นหลุมดำขนาดใหญ่มโหฬาร (stupendously large black hole) จะมีรัศมีประมาณหนึ่งปีแสง ยังไม่เคยมีการค้นพบหลุมดำประเภทนี้ แต่เรายังตัดความเป็นไปได้ทิ้งไม่ได้ว่าพวกมันอาจซ่อนตัวอยู่ที่ใจกลางของกาแล็กซีบางแห่ง


วงแหวนก๊าซเรืองแสงที่โคจรรอบหลุมดำที่ใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือก ซึ่งเรียกว่า Sagittarius A* ถูกบันทึกภาพโดยกล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์ (Event Horizon Telescope - EHT)

นักดาราศาสตร์พบหลุมดำมวลอภิมหายิ่งยวดแห่งแรกในช่วงต้นทศวรรษ 2010 นับจากนั้นมา ก็มีการค้นพบหลุมดำประเภทนี้แล้วกว่า 100 แห่ง รวมถึงหลุมดำที่ไนติงเกลและเพื่อนร่วมงานค้นพบในปี 2023 พวกเขาสามารถมองเห็นหลุมดำได้ก็เพราะแสงจากกาแล็กซีที่อยู่ห่างไกลนั้นหักเหไปรอบ ๆ หลุมดำ

"นี่เป็นการค้นพบที่บังเอิญมาก" ไนติงเกล กล่าว

เราไม่สามารถมองเห็นหลุมดำได้โดยตรงเนื่องจากธรรมชาติของหลุมดำ โดยที่บริเวณขอบเขตของหลุมดำซึ่งเรียกว่า "ขอบฟ้าเหตุการณ์" แรงโน้มถ่วงจะเข้มข้นมากจนไม่มีสิ่งใดหลุดรอดไปได้ แม้แต่แสง ดังนั้น เราจะมองเห็นหลุมดำได้ก็ต่อเมื่อหลุมดำทอดเงาลงบนสสารสว่างที่อยู่รอบ ๆ ซึ่งถูกหลุมดำกลืนกินไป

อย่างไรก็ตาม เราสามารถอนุมานการมีอยู่ของหลุมดำได้ง่ายขึ้นโดยการมองกาแล็กซีและสังเกตผลกระทบของหลุมดำที่ใจกลาง วิธีหนึ่งคือมองหาความเคลื่อนไหวของไอพ่นพลังงานสูง หรือเจ็ตของหลุมดำสูงที่พุ่งออกมาจากขั้วของหลุมดำ "เราไม่เข้าใจแน่ชัดว่าพวกมันสร้างโครงสร้างเหล่านี้ขึ้นมาได้อย่างไร แต่พวกมันทำได้" ฮลาเวเซก-ลาร์รอนโด กล่าว เจ็ตวิทยุเหล่านี้สามารถยาวออกไปได้หลายล้านปีแสง

หลุมดำยังสามารถผลิตวงแหวนสสารร้อนที่หมุนวนอยู่รอบ ๆ หลุมดำ ซึ่งเรียกว่า "จานพอกพูนมวล" (accretion disk) ขณะที่หลุมดำดูดกลืนสสารเข้าไป สสารจะหมุนรอบหลุมดำอย่างรวดเร็ว โดยแรงโน้มถ่วงอันมหาศาลจะทำให้สสารหมุนเป็นเกลียว "ด้วยความเร็วประมาณแสง" ฮลาเวเซก-ลาร์รอนโด กล่าว ขณะที่สสารตกลงไปในหลุมดำ จานพอกพูนมวลเหล่านั้นก็จะปล่อยรังสีเอกซ์สว่างออกมาด้วย ยิ่งหลุมดำมีขนาดใหญ่ขึ้น จานพอกพูนมวลและเจ็ตก็จะผลิตรังสีเอกซ์และคลื่นวิทยุได้มากขึ้นเท่านั้น

ฟิสิกส์ระหว่างหลุมดำมวลอภิมหายิ่งยวดและหลุมดำขนาดเล็กนั้นแทบจะเหมือนกัน นั่นคือตกพ้นขอบฟ้าเหตุการณ์และไม่มีทางหนีได้ มวลที่มากขึ้นทำให้ขอบฟ้าเหตุการณ์มีรัศมีที่ใหญ่ขึ้น แต่หลุมดำมวลอภิมหายิ่งยวดก็มีคุณสมบัติเฉพาะที่น่าสนใจเนื่องมาจากขนาดของมัน

หากคุณโชคร้ายพอที่จะตกลงไปในหลุมดำที่มีมวลเท่ากับดาวฤกษ์ คุณจะพบกับสิ่งที่เรียกว่า สปาเกตตีฟิเคชัน (spaghettification) ซึ่งก็คือการที่ร่างกายของคุณจะยืดออกจนสุดอนันต์ เนื่องจากแรงโน้มถ่วงที่แตกต่างกันระหว่างเท้าและศีรษะของคุณ อย่างไรก็ตาม ในหลุมดำมวลอภิมหายิ่งยวด ความชันของแรงโน้มถ่วงจะน้อยกว่ามาก เนื่องจากมันขยายออกไปในอวกาศมากขึ้นจนคุณแทบจะไม่สังเกตเห็นว่ามันตกลงไปเกินขอบฟ้าเหตุการณ์แล้ว "กระบวนการสปาเกตตีฟิเคชันจะไม่เกิดขึ้น" ไนติงเกลกล่าว สิ่งเดียวที่จะทรยศต่อชะตากรรมของคุณได้ก็คือ การบิดเบือนของแสงดาวที่อยู่รอบตัวคุณเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของหลุมดำ


Nasa simulation offers unprecedented look at black holes

ด้วยพลังของกล้องโทรทรรศน์อวกาศ JWST นักดาราศาสตร์จึงสามารถสังเกตการณ์ห้วงอวกาศได้ไกลขึ้นเรื่อย ๆ และย้อนเวลากลับไปไกลขึ้นเรื่อย ๆ เนื่องจากแสงใช้เวลาในการเดินทางมาถึงเราจากมุมที่ห่างไกลของจักรวาล ทำให้พวกเขาสามารถมองเห็นกาแล็กซีต่าง ๆ ได้ในช่วงไม่กี่ร้อยล้านปีแรกของจักรวาล ซึ่งบางแห่งมีหลุมดำขนาดใหญ่แล้ว หลุมดำที่อยู่ห่างไกลขนาดนั้นต้องถือกำเนิดค่อนข้างเร็วในประวัติศาสตร์จักรวาลและกลืนกินสสารไปอย่างดุเดือด ซึ่งสิ่งนี้ขัดแย้งกับสิ่งที่เรารู้เกี่ยวกับขีดจำกัดการก่อตัวของหลุมดำอยู่มาก อย่างไรก็ตาม นักดาราศาสตร์เริ่มมองเห็นหลักฐานของสิ่งนี้แล้ว

นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบกาแล็กซีที่มีรูปร่างแปลกประหลาดและมีขนาดกระทัดรัดหลายร้อยแห่ง ซึ่งส่องสว่างได้สว่างไสวกว่าที่คาดไว้มาก โดยกาแล็กซีเหล่านี้มีเกิดขึ้นประมาณ 600 ล้านปีถึง 1 พันล้านปีหลังบิ๊กแบง (Big Bang) กาแล็กซีเหล่านี้จึงถูกเรียกว่ากาแล็กซีจุดแดงเล็ก เนื่องจากมีสีและขนาดที่แตกต่างกัน สิ่งที่น่าประหลาดใจเป็นพิเศษเกี่ยวกับกาแล็กซีเหล่านี้คือแสงที่เปล่งออกมา ซึ่งดูเหมือนจะบ่งบอกว่า มีหลุมดำมวลยิ่งยวดซ่อนอยู่ภายในอยู่แล้ว

การสังเกตดังกล่าวบ่งชี้ว่า หลุมดำเติบโตอย่างรวดเร็วจริง ๆ ในจักรวาลของเรา หลุมดำขนาดใหญ่ที่ศูนย์กลางของกาแล็กซีมีแนวโน้มที่จะมีขนาดเล็กกว่ากาแล็กซีต้นกำเนิดประมาณ 1,000 เท่า แต่กล้องโทรทรรศน์อวกาศ JWST กำลังค้นพบหลุมดำที่มีขนาดเท่ากับกาแล็กซีของมันเองในช่วงรุ่งอรุณของจักรวาล ซึ่งบ่งชี้ว่า หลุมดำอาจเกิดขึ้นก่อนที่กาแล็กซีจะเติบโตรอบ ๆ หลุมดำ

เมื่อเปรียบเทียบกับจักรวาลในท้องถิ่นแล้ว มวลเหล่านี้มีขนาดมากกว่าที่เราคาดไว้ "หลายสิบถึงหลายร้อย" เท่า ฮันนาห์ อูเบลอร์ นักจักรวาลวิทยาจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ในสหราชอาณาจักรกล่าว นักดาราศาสตร์เรียกเจ้ายักษ์ใหญ่ในยุคแรก ๆ เหล่านี้ว่า "หลุมดำที่มีมวลมากเกิน (overmassive black hole)" อูเบลอร์ ซึ่งใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศ JWST เพื่อสังเกตหลุมดำในยุคแรก ๆ เหล่านี้ กล่าวว่า "เป็นเรื่องน่าประหลาดใจจริง ๆ และท้าทายแบบจำลองทางทฤษฎีในการอธิบายว่าหลุมดำเหล่านี้เติบโตอย่างรวดเร็วและใหญ่โตได้อย่างไร"


หลุมดำมวลอภิมหายิ่งยวดที่รู้จักกันในชื่อ TON 618 ตั้งอยู่ท่ามกลางเควซาร์อันห่างไกล (ที่มีวงกลมอยู่) - Cr. Sloan Digital Sky Survey

หลุมดำเหล่านี้เติบโตอย่างรวดเร็วได้อย่างไรนั้นยังคงเป็นปริศนาอยู่ และอาจเกี่ยวข้องกับหลุมดำที่เกิดขึ้นส่วนใหญ่ในเอกภพยุคแรก แนวคิดหนึ่งก็คือหลุมดำเหล่านี้เกิดขึ้นจากการสิ้นชีพของดวงดาวดวงแรกในเอกภพ ซึ่งเรียกว่าดาวฤกษ์ประเภท Population III หรือดาวฤกษ์ยุคแรก ซึ่งเปรียบเป็นสัตว์ประหลาดที่มีมวล 100 ถึง 1,000 เท่าของดวงอาทิตย์ของเรา และประกอบด้วยฮีเลียมและไฮโดรเจนเกือบทั้งหมด

ซูเปอร์โนวา ซึ่งเป็นการระเบิดของดวงดาวขนาดมหึมา ของดวงดาวเหล่านี้ในช่วงสุดท้ายของอายุขัยจะปลดปล่อยธาตุที่มีน้ำหนักมากขึ้นสู่เอกภพ ซึ่งต่อมาจะก่อให้เกิดดวงดาวดวงอื่น ๆ และในที่สุดก็กลายเป็นดาวเคราะห์ รวมทั้งดวงอาทิตย์และโลกของเรา แต่การตายของพวกมันอาจทำให้เกิดหลุมดำขนาดใหญ่ได้เช่นกัน เนื่องจากสสารยุบตัวลงภายใต้แรงโน้มถ่วง

“หลุมดำจากดวงดาวเหล่านี้มีมวลมากกว่าหลุมดำที่มีมวลเท่ากับดาวฤกษ์” มาร์ เมซคัว นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากสถาบันวิทยาศาสตร์อวกาศในสเปนกล่าว “จากจุดนี้ มัน[หลุมดำ]จะสามารถเติบโตและมีโอกาสมากขึ้นที่จะกลายเป็นหลุมดำที่มีมวลยิ่งยวดได้ในเวลาอันสั้น”

อีกความเป็นไปได้หนึ่งก็คือหลุมดำแรก ๆ นั้นไม่ได้ก่อตัวจากดวงดาว แต่เกิดจากกลุ่มก๊าซ ซึ่งเรียกว่าหลุมดำยุบตัวโดยตรง โดยปกติแล้ว กลุ่มก๊าซเหล่านี้อาจก่อตัวเป็นดวงดาวในขณะที่มันควบแน่นภายใต้แรงโน้มถ่วง แต่หากอุณหภูมิสูงพอ กลุ่มก๊าซบางส่วนอาจไม่ก่อตัวเป็นดวงดาว แต่ยุบตัวลงโดยตรงกลายเป็นหลุมดำแทน

“นี่คือสภาวะที่เราไม่พบในจักรวาลยุคปัจจุบัน” เมซคัว กล่าว อย่างไรก็ตาม ในสภาวะที่ร้อนและปั่นป่วนของจักรวาลยุคแรก ๆ นี่อาจมีความเป็นไปได้ เธอกล่าว

อย่างไรก็ตาม ยังไม่พบดาวฤกษ์ประเภท Population III หรือหลุมดำยุบตัวโดยตรงอย่างชัดเจน ดังนั้น จึงไม่ชัดเจนว่ากลไกใด (หากมี) มีอิทธิพลเหนือการก่อตัวของหลุมดำในจักรวาลยุคแรก ๆ


อนุภาคจากไอพ่นพลังงานสูงซึ่งเดินทางด้วยความเร็วเกือบเท่าแสงถูกพ่นออกมาจากหลุมดำมวลยิ่งยวดหลายแห่ง - Cr. NASA

อย่างไรก็ตาม เมื่อหลุมดำเหล่านี้ก่อตัวขึ้นแล้ว พวกมันต้องพัฒนาวิธีที่จะเติบโตจนมีขนาดใหญ่ได้ค่อนข้างเร็ว ความเป็นไปได้อย่างหนึ่งคือ พวกมันถูกสร้างขึ้นเป็นจำนวนมากและรวมตัวกันจนกลายเป็นหลุมดำที่ใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ กลายหลุมดำมวลปานกลางก่อน จากนั้นก็เป็นหลุมดำมวลยิ่งยวด สิ่งนี้สนับสนุนแนวคิดที่ว่าหลุมดำเหล่านี้มีต้นกำเนิดมาจากดาวฤกษ์ประเภท Population III เนื่องจากหลุมดำประเภทนี้จะมีมากกว่าหลุมดำที่ยุบตัวโดยตรง

ดังนั้นการรวมตัวกันจึงเกิดขึ้นมากขึ้น "หากเราพบหลุมดำมวลปานกลางจำนวนมากในปัจจุบัน นั่นหมายความว่าหลุมดำเหล่านี้ก่อตัวขึ้นโดยกลไก Population III" เมซคัว กล่าว

หากนักดาราศาสตร์พบหลุมดำมวลปานกลางเพียงไม่กี่แห่งในสถานที่ เช่น กาแล็กซีแคระขนาดเล็กที่คาดว่าหลุมดำเหล่านี้อาจก่อตัวขึ้นได้ นั่นอาจสนับสนุนแนวคิดหลุมดำที่ยุบตัวโดยตรง เมซคัว กล่าว

หลุมดำมวลอภิมหายิ่งยวดอาจเติบโตอย่างรวดเร็วด้วยการกลืนกินสสารอย่างรวดเร็วในการระเบิด ซึ่งกล้องโทรทรรศน์อวกาศ JWST ได้พบหลักฐานแล้ว นักดาราศาสตร์ได้สังเกตกาแล็กซีในยุคแรก ๆ บางแห่งที่สว่างและเคลื่อนไหวอยู่ แต่กาแล็กซีอื่น ๆ ที่มีหลุมดำขนาดใหญ่ซึ่งดูเหมือนจะหลับใหลอยู่ แสดงให้เห็นว่ากาแล็กซีเหล่านี้ต้องกินสสารไปมากแล้วก่อนที่จะหลับใหล "เราไม่ทราบว่าวัฏจักรนี้จะกินเวลานานแค่ไหน" ฮลาเวเซก-ลาร์รอนโด กล่าว อย่างไรก็ตาม ช่วงเวลาที่กินสสารอย่างรวดเร็วนั้นน่าจะเกิดขึ้นไม่บ่อยนัก "อาจเพียง 1% ของอายุของหลุมดำ"


(ภาพจากฝีมือศิลปิน) มีการค้นพบกลุ่มดาราจักรที่ประกอบไปด้วย 14 กาแล็กซี ซึ่งทั้งหมดกำลังจะชนและรวมตัวเข้าด้วยกัน - Cr. NRAO/AUI/NSF/S. Dagnello

สิ่งที่ยังไม่ชัดเจนคือหลุมดำอาจมีขนาดใหญ่เพียงใดในจักรวาลยุคใหม่ "เรามีการประมาณคร่าว ๆ โดยอิงจากอายุของจักรวาล" ฮลาเวเซก-ลาร์รอนโด กล่าว ซึ่งระบุว่ามันน่าจะมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ราว 2.7 แสนล้านเท่า "แต่จักรวาลก็อาจทำให้เราประหลาดใจได้"

บทความโดย: Jonathan O'Callaghan

ที่มา: https://www.bbc.com/future/article/20241004-ultramassive-black-holes-the-biggest-black-holes-in-the-universe, https://www.bbc.com/thai/articles/cj6e6zr1g9ko, https://www.bbc.com/thai/articles/cl46n75jg8do, https://www.bbc.com/thai/international-43909436

#############################################################

NASA พบ หลุมดำ ใช้ดาวฤกษ์ดวงหนึ่งไปทำลายดาวฤกษ์อีกดวงหนึ่ง


ภาพวาดเหตุการณ์ TDE ที่เกิดการระเบิดขึ้นจากดาวฤกษ์ระเบิดออกจากการตกเข้าไปในหลุม ของเหตุการณ์ AT2019qiz - Cr. NASA

กล้องโทรทรรศน์อวกาศจันทราตรวจจับปรากฏการณ์สุดประหลาดเมื่อหลุมดำได้ใช้เศษซากของดาวฤกษ์ที่อยู่รอบจานพอกพูนมวลไปทำลายดาวฤกษ์อีกดวงหนึ่งที่โคจรรอบตัวมันและดูดกลืนทั้งสองไปพร้อมกัน

ฟังดูเหมือนว่าหลุมดำมันจะมีชีวิตจิตใจที่สามารถใช้งานดาวฤกษ์ดวงหนึ่งไปทำลายดาวฤกษ์อีกดวงหนึ่งเพื่อที่จะกลืนกินมันพร้อมกันเหมือนกับสิ่งมีชีวิต แต่กับเหตุการณ์นี้มันไม่ได้เป็นเรื่องราวที่ออกแนวแฟนซีแบบนั้น เพราะหากว่ากันตามสถานการณ์จริงแล้วดาวฤกษ์ทั้งสองโคจรรอบหลุมดำดวงนี้และเมื่อดาวฤกษ์ดวงแรกกำลังถูกดูดกลืนเข้าไปในหลุมดำ ดาวฤกษ์ดวงนั้นย่อมแตกสลายตัวมันและเศษซากที่ถูกเร่งความเร็วก็ไปชนกับดาวฤกษ์อีกดวงทำให้ดาวฤกษ์อีกดวงที่อยู่ใกล้เคียงถูกทำลาย ส่วนหลุมดำก็โชคดีลาภลอยเข้าปากหลุมให้มันดูดกลืน


ภาพถ่ายภายหลังจากเหตุการณ์ AT2019qiz จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศจันทราในย่านรังสีเอกซ์ - Cr. NASA

เหตุการณ์นี้ถูกตั้งชื่อว่า AT2019qiz เป็นเหตุการณ์ที่อยู่ห่างออกไป 215 ล้านปีแสง ตรวจจับได้โดยกล้องโทรทรรศน์ที่ชิลีของหอดูดาวท้องฟ้าใต้แห่งยุโรป หรือ ESO เมื่อเดือนกันยายน 2019 และเผยแพร่ออกมาเมื่อปี 2020 นักดาราศาสตร์ได้สังเกตการปะทุนี้และจัดประเภทเป็นเหตุการณ์ Tidal Disruption Event (TDE) หรือปรากฏการณ์ที่หลุมดำฉีกดาวที่เข้าใกล้ให้แตกออก ซึ่งหลังจากการเผยแพร่เหตุการณ์นี้ออกมาได้มีนักดาราศาสตร์ต่าง ๆ สนใจและศึกษาหลุมดำดวงนี้มาอย่างต่อเนื่อง

จากการจับตาดูมาอย่างต่อเนื่อง ทางทีมนักดาราศาสตร์ได้ตรวจพบเหตุการณ์อีกประเภทหนึ่งคือ Quasi-Periodic eruptions (QPE) ซึ่งเป็นการปะทุของรังสีเอกซ์แบบสั้น ๆ และเกิดซ้ำรอบหลุมดำมวลยิ่งยวด เมื่อหลุมดำดวงเดียวกัน เกิดเหตุการณ์ทั้งสองเหตุการณ์ในช่วงเวลาใกล้เคียงกันนั้นอาจหมายความว่าทั้งสองเหตุการณ์มีความสัมพันธ์กันในบางรูปแบบ อาจเป็นไปได้ว่าเศษซากดาวฤกษ์ที่อยู่รอบหลุมดำจากเหตุการณ์ TDE ก่อให้เกิดเหตุการณ์ QPE


ภาพถ่ายของจุดบริเวณเหตุการณ์ AT2019qiz ทำการรวมภาพทั้งในย่าน Optical จากกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลและรังสีเอกซ์จากกล้องจันทรา - Cr. NASA

ต่อมาในปี 2023 NASA ได้ใช้งานกล้องโทรทรรศน์อวกาศจันทรา กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล และกล้อง NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer) ที่ติดตั้งบนสถานีอวกาศนานาชาติ ในการสำรวจหลุมดำแห่งนี้ต่อ เพื่อศึกษาซากของเหตุการณ์ TDE หลังจากที่มันสิ้นสุดลงไป จากการเก็บข้อมูลของกล้องจันทราเป็นระยะเวลา 14 ชั่วโมงแสดงให้เห็นสัญญาณการกะพริบของรังสีเอกซ์ทุก 4 ถึง 5 ชั่วโมงคล้ายกับสัญญาณการโคจรของวัตถุรอบหลุมดำ ส่วนกล้อง NICER ได้ตรวจพบการปะทุของสัญญาณรังสีเอกซ์อย่างสม่ำเสมอทุก ๆ 48 ชั่วโมง ซึ่งการสังเกตการณ์นี้ได้รับการยืนยันจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศ SWIFT ของ NASA และ Astrosat ของ ISRO ด้วย สำหรับกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลเองก็ได้สำรวจหลุมดำแห่งนี้ในย่านรังสียูวี ช่วยให้สามารถคำนวณขนาดของจานพอกพูนมวลที่อยู่ล้อมรอบหลุมว่าจานพอกพูนมวลนี้น่าจะมีขนาดที่ใหญ่มากพอที่จะมีวัตถุที่อยู่รอบ ๆ นั้นชนกันได้ทุกสัปดาห์ ซึ่งเป็นสาเหตุของการปะทุทั้ง TDE และ QPE


X-ray: NASA/CXC/Queen’s Univ. Belfast/M. Nicholl et al.; Optical/IR: PanSTARRS, NSF/Legacy Survey/SDSS; Illustration: Soheb Mandhai / The Astro Phoenix; Image Processing: NASA/CXC/SAO/N. Wolk

จากการศึกษาครั้งนี้ทำให้เราเข้าใจว่าการเกิดขึ้นของปรากฏการณ์ TDE ซึ่งฉีกดวงดาวที่โคจรรอบหลุมดำเป็นปัจจัยที่ก่อให้เกิดปรากฏการณ์ QPE ที่เกิดการปะทุของสัญญาณรังสีเอกซ์สั้น ๆ รอบหลุมดำ และทำให้เราเข้าใจจำนวนของวัตถุที่โคจรรอบหลุมดำมวลยิ่งยวดและเหตุการณ์ประเภทต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นรอบหลุมดำได้ดียิ่งขึ้น และวัตถุบางประเภทที่อยู่รอบหลุมดำอาจจะสามารถนำมาใช้เป็นเครื่องมือในการสำรวจเอกภพผ่านการสำรวจคลื่นความโน้มถ่วงเพิ่มเติมได้อีกด้วย

ที่มา: https://www.thaipbs.or.th/now/content/1784, https://www.nasa.gov/image-article/black-hole-destroys-star-goes-after-another-nasa-missions-find

#############################################################

ภาพถ่ายกาแล็กซีอันไกลโพ้นจากกล้องโทรทรรศน์เว็บบ์


Credit: Science: NASA, ESA, CSA, Rolf A. Jansen (ASU), Jake Summers (ASU), Rosalia O'Brien (ASU), Rogier Windhorst (ASU), Aaron Robotham (UWA), Anton M. Koekemoer (STScI), Christopher Willmer (University of Arizona), JWST PEARLS TeamImage Processing: Rolf A. Jansen (ASU), Alyssa Pagan (STScI)

ภาพที่จับโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (James Webb Space Telescope หรือ JWST) เผยให้เห็นกาแล็กซีจำนวนหลายพันแห่งในภาพมุมกว้างที่มีความลึกระดับกลาง โดยภาพนี้ครอบคลุมพื้นที่เพียง 2% ของพื้นที่ท้องฟ้าที่ดวงจันทร์เต็มดวงครอบคลุม ภาพที่น่าทึ่งนี้มีความสามารถในการจับวัตถุที่มีความสว่างน้อยที่สุดถึง 1 พันล้านเท่าเมื่อเทียบกับที่ตามนุษย์สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า

การถ่ายภาพนี้เกิดขึ้นได้ด้วยความร่วมมือจากนักวิทยาศาสตร์จากหลากหลายสถาบัน รวมถึง NASA, ESA, CSA และมหาวิทยาลัยต่างๆ เช่น Arizona State University (ASU) และ University of Arizona โดยทีม JWST PEARLS ได้ทำการประมวลผลภาพอย่างละเอียด เพื่อเผยให้เห็นโครงสร้างของกาแล็กซีในช่วงวัยอันห่างไกลของจักรวาล

ภาพจาก JWST ช่วยให้นักดาราศาสตร์สำรวจลึกลงไปในเอกภพได้มากกว่าที่เคย ทำให้เราเห็นวิวัฒนาการของกาแล็กซีและโครงสร้างของจักรวาลในยุคแรก ๆ ได้อย่างชัดเจน

ที่มา: https://www.skyatnightmagazine.com/space-missions/james-webb-space-telescope-images

#############################################################

ยาวจัด แผล่บไว้ก่อน เดี๋ยวมาอ่านต่อ

เป็นบทความที่เพิ่งออกเมื่อวานนี้ครับ ถือว่าข้อมูลใหม่อยู่