กล้องโทรทรรศน์อวกาศจันทราได้ตรวจพบหลุมดำที่เติบโตด้วยอัตราเร็วสูงสุดเท่าที่เคยมีการบันทึกมา ซึ่งการค้นพบนี้อาจจะช่วยทำให้เข้าใจว่าเหตุใดหลุมดำบางดวงถึงสามารถมีขนาดมหึมาได้อย่างรวดเร็วภายหลังจากการเกิดบิ๊กแบงเพียงไม่กี่ร้อยล้านปีเท่านั้น

หลุมดำดวงนี้มีน้ำหนักประมาณหนึ่งพันล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ อยู่ห่างจากโลกไปประมาณ 12.8 พันล้านปีแสง หมายความว่าถือกำเนิดขึ้นหลังจากจักรวาลถือกำเนิดขึ้นได้ 920 ล้านปีเท่านั้น และยังพบอีกว่าหลุมดำนี้ผลิตรังสีเอกซ์มากกว่าหลุมดำอื่น ๆ ที่นักดาราศาสตร์เคยตรวจพบมาในบรรดาหลุมดำที่ถือกำเนิดขึ้นในช่วงพันล้านปีแรกของเอกภพ

ภาพวาดกล้องโทรทรรศน์อวกาศจันทรา ภาพจาก NASA

ตำแหน่งของหลุมดำดวงนี้อยู่ภายในกลุ่มวัตถุดาราศาสตร์ที่เรียกว่า เควซาร์ (Quasar) ที่มีชื่อว่า RACS J0320-35 แม้ว่ามันจะเป็นเควซาร์ที่ถูกค้นพบมาตั้งแต่ปี 2023 แล้ว แต่การศึกษาโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศจันทราทำให้พบว่าหลุมดำแห่งนี้มีพฤติกรรมที่แตกต่างไปจากหลุมดำทั่วไป และดูเหมือนจะเติบโตในอัตราที่สูงกว่าขีดจำกัดปกติของวัตถุเหล่านี้

เควซาร์เป็นวัตถุดาราศาสตร์ที่สว่างยิ่งกว่าความสว่างของดาวทั้งหมดที่อยู่ในกาแล็กซีเสียอีก ภายในใจกลางของเควซาร์คือหลุมดำมวลยิ่งยวดที่ก๊าซและฝุ่นจำนวนมากตกเข้าไปในหลุมดำ ก่อตัวเป็นแผ่นจานพอกพูนมวล (Accretion Disk) วัตถุเหล่านี้ถูกบีบอัดแน่นจากแรงโน้มถ่วงจนมีอุณหภูมิสูงมากและปล่อยพลังงานออกมาในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในทุกย่าน ตั้งแต่คลื่นวิทยุ อินฟราเรด แสงที่ตามองเห็น รังสีอัลตราไวโอเลต และรังสีเอกซ์ จุดที่พิเศษกว่าแหล่งกำเนิดทั่วไปคือ เควซาร์สว่างมากเสียจนสามารถส่องแสงปกคลุมได้ทั้งกาแล็กซีที่มันอยู่แม้อยู่ห่างออกไปหลายพันล้านปีแสง ทำให้เควซาร์นั้นเปรียบเสมือนกับไฟฉายที่ถูกส่องออกมาจากอดีตเมื่อหลายพันล้านปีก่อนที่ช่วยให้เราสามารถศึกษาดาราศาสตร์ได้ง่ายมากขึ้น

ภาพวาดจากจินตนาการศิลปินของ RACS J0320-35 เควซาร์ในยุคแรกเริ่มของจักรวาล ภาพจาก NASA

โดยตามปกติเมื่อวัตถุเข้าใกล้หลุมดำมันจะเร่งความเร็วสูงมากจนกลายสภาพเป็นจานพอกพูนมวล ซึ่งวัตถุเหล่านั้นจะมีอุณหภูมิสูงขึ้นและปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปของแสง ซึ่งแสงที่เปล่งออกมานี้ก็มีโมเมนตัมผลักสสารที่กำลังถูกเร่งไม่ให้ตกลงไปเร็วกว่าค่าค่าหนึ่ง ซึ่งเราเรียกปรากฏการณ์นี้ว่าขีดจำกัดของเอ็ดดิงตัน (Eddington Limit) ซึ่งหากหลุมดำดวงไหนมีค่าพลังงานเกินขีดจำกัดนี้ หลุมดำนั้นจะไม่สามารถรับสสารเข้าไปเพิ่มได้เพราะถูกแรงจากรังสีผลักออก

สำหรับหลุมดำภายในเควซาร์ RACS J0320-35 แห่งนี้ นักดาราศาสตร์พบว่ามันกำลังเติบโตด้วยอัตราการเติบโตที่สูงเกินกว่าขีดจำกัดของเอ็ดดิงตันถึง 2.4 เท่า โดยคาดว่าหลุมดำแห่งนี้น่าจะเกิดอย่างเรียบง่ายและมีมวลเริ่มต้นน้อยกว่าหนึ่งร้อยเท่าของมวลดวงอาทิตย์ ซึ่งมันเป็นเรื่องที่แปลกมากว่าในระยะเวลาไม่ถึงหนึ่งพันล้านปีจักรวาลสร้างหลุมดำที่มีมวลยิ่งยวดให้เติบโตได้อย่างรวดเร็วมากได้อย่างไรในช่วงเวลาที่จักรวาลเพิ่งถือกำเนิดขึ้นมาอยู่

จากการศึกษาโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศจันทรายังพบอีกว่าหลุมดำแห่งนี้มีสายธารกระแสของอนุภาคพลังงานสูงบางอย่างความเร็วใกล้เคียงกับแสง ซึ่งสายธารกระแสอนุภาคพลังงานสูงเหล่านี้เกิดขึ้นได้ยากกับวัตถุอวกาศอย่างเควซาร์ อาจหมายความว่าอัตราการเติบโตอย่างรวดเร็วของหลุมดำมีส่วนทำให้เกิดกระแสอนุภาคเหล่านี้ด้วย

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

กล้องฯ จันทรา พบ “หลุมดำ” เก่าแก่และเติบโตเร็วสุดที่เคยพบมา