ข้อมูลภาพถ่ายหลุมดำเก่าจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศ Spitzer ได้สร้างความรู้ใหม่ให้กับนักดาราศาสตร์ว่าเหตุใด “หลุมดำมวลมหาศาล” บางดวงจึงส่องแสงแตกต่างไปจากหลุมอื่นเมื่อมันกลืนกินสสารเข้าไป

กล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์ (Spitzer Space Telescope) เป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศย่านอินฟราเรดที่หยุดการใช้งานไปแล้วตั้งแต่เมื่อปี 2020 แต่ถึงกระนั้นข้อมูลมากมายที่ได้รับจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศตัวนี้ก็มากมายและสามารถนำกลับมาศึกษาใหม่ซ้ำเพื่อเปิดเผยสิ่งที่ต่าง ๆ ที่ซ่อนอยู่ได้ ซึ่งในครั้งนี้นักวิจัยได้นำข้อมูลภาพถ่ายเก่าของกล้องโทรทรรศน์อวกาศตัวนี้มาศึกษาการไหลของธารกระแสภายในจานพอกพูนมวลของหลุมดำมวลมหาศาล (Super Massive Blackhole) การกลืนกินมวลของหลุมดำ และการหาอาหารของหลุมดำ

ตามปกติแล้วหลุมดำมวลมหาศาลมีพฤติกรรมกลืนกินสสารรอบ ๆ ตัวมัน สสารที่กำลังกลืนเข้าไปจะเกิดการบีบอัดและเกิดความร้อนสูง ปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปของรังสีเอ็กซ์ ทำให้บางครั้งเกิดแสงสว่างวาบขึ้นจากหลุมดำ ซึ่งการเปล่งแสงนี้สว่างยิ่งกว่าดาวฤกษ์ที่อยู่ภายในกาแล็กซีเสียอีก และด้วยความที่กลุ่มก้อนที่หลุมดำกลืนลงไปในแต่ละครั้งไม่ได้มีขนาดที่เท่ากัน แสงสว่างวาบที่เกิดขึ้นจึงมีความผันผวนในแต่ละช่วงเวลา

ภาพสายธารการไหลของมวลสารไปสู่หลุมดำใจกลางกาแล็กซีแอนโดรเมดา คล้ายน้ำวนที่ไหลวนเข้าไปในรูระบายน้ำของอ่าง ภาพถ่ายโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์

แต่หลุมดำบางดวง เช่น หลุมดำที่อยู่ใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือก หรือหลุมดำที่อยู่ใจกลางกาแล็กซีแอนโดรเมดา หลุมดำเหล่านี้กลับมีกิจกรรมแสงสว่างวาบที่แสดงให้เห็นถึงมวลที่ถูกกลืนกินน้อยกว่าหลุมดำใจกลางกาแล็กซีที่มีขนาดใหญ่กว่า เหมือนเป็นหลุมดำที่มีอาหารให้กินเพียงเล็กน้อย ทำให้เกิดการศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับการกลืนกินของมวลสารของหลุมดำเหล่านี้เพิ่มเติม ว่าเป็นอย่างไร

การศึกษาที่ตีพิมพ์เมื่อต้นปีนี้ตั้งสมมติฐานว่าหลุมดำมวลมหาศาลที่เงียบสงบดูดกลืนก๊าซด้วยอัตราที่สม่ำเสมอทำให้กิจกรรมของหลุมดำนั้นดูต่ำเมื่อเทียบกับหลุมดำกลุ่มอื่นที่แสดงแสงสว่างวาบอันหวือหวา ซึ่งในการศึกษานี้ได้สร้างแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์ว่าก๊าซและฝุ่นในบริเวณใกล้กับหลุมดำมวลมหาศาลของแอนโดรเมดามีพฤติกรรมเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไป ผลการจำลองแสดงให้เห็นว่าจานก๊าซร้อนขนาดเล็กสามารถก่อตัวใกล้กับหลุมดำมวลมหาศาลและป้อนสสารเข้าไปในหลุมดำอย่างต่อเนื่อง และตัวจานก๊าซนั้นก็สามารถที่จะหาสสารมาเติมตัวของมันได้อย่างตลอดเวลา

นอกจากนี้ การจำลองยังพบอีกว่าหากมีการเปลี่ยนแปลงอัตราการไหลของสสารที่หมุนวนรอบหลุมดำต่างออกไปจากค่าที่เป็นอยู่ สสารจะถูกกลืนกินเข้าไปไม่ต่อเนื่อง ทำให้เกิดปรากฏการณ์แสงสว่างวาบที่ไม่เป็นจังหวะแบบที่เห็นในหลุมดำกลุ่มอื่นได้

และเมื่อนักวิจัยได้ศึกษารูปแบบของการไหลของสสารภายในจานพอกพูนมวลรอบหลุมดำจากการจำลองเทียบกับภาพถ่ายหลุมดำแอนโดรเมดาทั้งจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลและสปิตเซอร์ พวกเขาพบว่าฝุ่นภายในก้นหอยของกาแล็กซีแอนโดรเมดามีอัตราการไหลที่พอดีกับจานพอกพูนมวลในการจำลองนี้อย่างพอดิบพอดี นักวิจัยจึงให้ข้อสังเกตว่า กาแล็กซีกังหันของแอนโดรเมดานั้นเป็นธารกระแสของสสารที่กำลังไหลวนเข้าไปสู่ปากของหลุมดำ เหมือนกับน้ำวนที่เกิดจากการระบายน้ำในอ่างน้ำ

ภาพถ่ายกาแล็กซีแอนโดรเมดาในย่านอินฟราเรด โดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์

นี่เป็นตัวอย่างที่ดีที่นำข้อมูลอายุร่วม 20 ปีจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์มารวบรวมและทำให้เราได้ตีความใหม่ เกิดเป็นองค์ความรู้ใหม่ ๆ ข้อมูลจากสปิตเซอร์ถือว่าเป็นข้อมูลที่ยอดเยี่ยมจากการที่ตัวกล้องโทรทรรศน์มีการลดอุณหภูมิลงไปให้เย็นจัดจนสามารถตรวจจับความเปลี่ยนแปลงของวัตถุที่แผ่รังสีความร้อนไม่มาก อย่างเช่น ฝุ่น ได้

กล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์เป็นกล้องโทรทรรศน์ในโครงการ Great Observatories ที่มีกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล กล้องโทรทรรศน์อวกาศจันทรา และกล้องโทรทรรศน์อวกาศคอมป์ตันเป็นสมาชิก ซึ่งทั้งสี่คือสุดยอดกล้องโทรทรรศน์อวกาศแห่งยุค พวกมันได้สร้างภาพถ่ายที่เติมเต็มความรู้ให้แก่มนุษยชาติไว้อย่างมากมาย กล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์เป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศเพียงตัวเดียวในโครงการที่ไม่ได้ถูกส่งขึ้นสู่อวกาศด้วยกระสวยอวกาศ มันถูกส่งขึ้นไปด้วยจรวด Delta II เมื่อเดือนสิงหาคม 2023 ช่วงแรกตัวกล้องถูกออกแบบให้ทำงานได้เพียงสามปีเท่านั้น แต่มันก็สามารถทำงานต่อเนื่องได้ยาวนานถึง 16 ปี เก็บภาพองค์ความรู้ใหม่ ๆ มากมายเกินกว่าที่ตัวของมันเองได้ถูกออกแบบไว้ ถึงงานของกล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์จะจบสิ้นลงแล้ว แต่การสร้างสรรค์องค์ความรู้ให้กับมนุษยชาตินั้นยังไม่หมดสิ้น และกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ ก็ได้ทำหน้าที่เป็นดวงตาสอดส่องเอกภพในย่านอินฟราเรดต่อยอดงานของสปิตเซอร์และสร้างภาพถ่ายที่มหัศจรรย์ใหม่ ๆ อยู่ตลอดเวลา

เรียบเรียงโดย : จิรสิน อัศวกุล
พิสูจน์อักษร : ศุภกิจ พัฒนพิฑูรย์

🎧 อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

ที่มาข้อมูล : NASA

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

ภาพถ่ายเก่าจากกล้องฯ Spitzer สร้างความเข้าใจพฤติกรรมการกิน “สสาร” ของหลุมดำ