พบหลุมดำเกิดก่อนกาแล็กซี ?

วันที่ 27 พฤษภาคม ค.ศ. 2026 คณะนักดาราศาสตร์นานาชาติ จากสถาบันจักรวาลวิทยาแคฟลี (Kavli Institute for Cosmology) มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ประเทศอังกฤษ และอื่นๆ ตีพิมพ์รายงานในวารสาร Nature ผลการวัดมวลหลุมดำที่ใจกลาง “จุดแดงเล็ก” (Little Red Dot : แอลอาร์ดี : LRD) พบว่า มีมวลมากถึง 50 ล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ ทำให้เกิดเป็นปมปริศนาว่า หรือหลุมดำ (ถ้าเป็นหลุมดำจริง) ที่ศึกษา เกิดก่อนกาแล็กซีที่เป็นเสมือนกับบ้านเกิดของหลุมดำเอง เพราะจุดแดงเล็กที่ศึกษามีอายุเพียง 700 ล้านปี ตั้งแต่กำเนิดของจักรวาลแบบบิกแบง (Big Bang) ซึ่งเป็นเวลาน้อยเกินไป สำหรับการเกิดเป็นกาแล็กซีเต็มตัวของจุดแดงเล็ก

“วิทยาศาสตร์ ทันโลก ทันชีวิต” วันนี้จะนำท่านผู้อ่าน ไปติดตามผลการศึกษาทางดาราศาสตร์ ที่กำลังถูกกล่าวถึงกันว่า อาจจะเป็น “กระบวนทัศน์ใหม่” (new paradigm) เกี่ยวกับกำเนิดของหลุมดำและกาแล็กซี และไปดูว่า คณะนักวิทยาศาสตร์ผู้รายงานผลการศึกษา วางแผนจะศึกษาเรื่องนี้ต่ออย่างไร ?

“จุดแดงเล็ก” จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศ เจมส์ เวบบ์

โจทย์ของคณะนักดาราศาสตร์เจ้าของผลงานการศึกษาที่เป็นโฟกัสเรื่องของเราวันนี้ เกี่ยวกับ “วัตถุชวนพิศวง” มีชื่อเรียกรวมๆ ว่า “จุดแดงเล็ก” ซึ่งถูกค้นพบเมื่อไม่กี่ปีมานี้เอง โดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศ เจมส์ เวบบ์ (James Webb Space Telescope)

อย่างเร็วๆ เกี่ยวกับกล้องโทรทรรศน์อวกาศ เจมส์ เวบบ์ และ จุดแดงเล็ก

กล้องโทรทรรศน์อวกาศ เจมส์ เวบบ์

เป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศของนาซา (NASA) สหรัฐอเมริกา โดยความร่วมมือขององค์การอวกาศยุโรปอีซา (ESA : European Space Agency) และองค์การอวกาศแคนาดา ซีเอสเอ (CSA : Canadian Space Agency)
ถูกออกแบบเพื่อทำงาน “ต่อ” และ “ขยาย” จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล (Hubble Space Telescope) ของนาซา
เป็นกล้องโทรทรรศน์รังสีอินฟราเรดเพื่อศึกษาส่วนของจักรวาลที่ “too old” (แก่เกินไป) , “too distant” (ไกลเกินไป) และ “too faint” (สลัวจางเกินไป) สำหรับกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล
เป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศใหญ่ที่สุดถึงปัจจุบัน
ถูกส่งขึ้นสู่อวกาศเดือนธันวาคม ค.ศ. 2021
เริ่มต้นปฏิบัติภารกิจเดือนกรกฎาคม ค.ศ. 2022
กำหนดปฏิบัติภารกิจในอวกาศเป็นเวลา 10 ปี แต่อาจมีอายุทำงานอยู่ได้ถึง 20 ปี

สำหรับ “จุดแดงเล็ก”

*คำ “Little Red Dot” ถูกใช้เป็นครั้งแรก โดยคณะนักดาราศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด (ประเทศอังกฤษ) และสถาบันเทคโนโลยีสวิส ซูริค (ประเทศสวิตเซอร์แลนด์) ในรายงานวิเคราะห์ศึกษาภาพ “ออกสีแดง” ขนาดเล็ก จับได้โดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศ เจมส์ เวบบ์ ตีพิมพ์ในวารสาร The Astrophysical Journal วันที่ 7 มีนาคม ค.ศ. 2024

* “จุดแดงเล็ก” ถูกค้นพบครั้งแรกโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศ เจมส์ เวบบ์ ในปี ค.ศ. 2022 และพบ...อย่างรวดเร็ว...หลายดวง

*ถึงล่าสุด (เดือนมิถุนายน ค.ศ. 2026) กล้องโทรทรรศน์อวกาศ เจมส์ เวบบ์ พบจุดแดงเล็กได้แล้วเป็นจำนวนมากกว่า 340 จุด

*จุดแดงเล็กมีลักษณะคล้ายกาแล็กซี แต่ไม่เหมือนกาแล็กซีทั่วไป จุดแดงเล็กที่พบ มีกำเนิดเกิดขึ้นตั้งแต่ช่วงระยะแรกๆ ของกำเนิดจักรวาล แล้วก็ดูจะ “หายไป” จากจักรวาล เมื่อประมาณ 1,500 ล้านปี หลังบิกแบง

* “จุดแดงเล็ก” นักเป็นการค้นพบใหม่โดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศ เจมส์ เวบบ์ ที่กำลังได้รับความสนใจมากเป็นพิเศษในวงการดาราศาสตร์ ในส่วนเกี่ยวกับ “หลุมดำ” และ “กาแล็กซี” ที่ “แปลก” หรือ “ผิดแผก” ไปจากที่คุ้นเคยกัน

“หลุมดำ” และ “กาแล็กซี” ที่คุ้นเคยกัน

ความรู้เกี่ยวกับ “หลุมดำ” และ “กาแล็กซี” ที่คุ้นเคยกันเป็นอย่างไร ?

อย่างคร่าวๆ สำหรับ “หลุมดำ”

*หลุมดำมี 2 ชนิดที่แตกต่างกันชัดเจน คือ หลุมดำดวงดาว และ หลุมดำยักษ์

*หลุมดำดวงดาว เกิดจากการยุบถล่มตนเองในบั้นปลายชีวิตของดาวฤกษ์ มีมวลมากกว่าสามเท่าของมวลดวงอาทิตย์ขึ้นไป โดยในบั้นปลายชีวิต เปลี่ยนสภาพไปเป็นดาวนิวตรอน และเป็นหลุมดำในที่สุด กระจายกันอยู่ภายในแต่ละกาแล็กซี ตัวอย่างคือ ซิกนัส เอกซ์-1 (Cygnus X-1) อยู่ห่างจากโลกประมาณ 7,000 ปีแสง เป็นหลุมดำแรกที่ถูกค้นพบ

*หลุมดำยักษ์ มีมวลมากกว่ามวลดวงอาทิตย์เป็นหนึ่งล้านเท่าขึ้นไป เกิดจากการรวมตัวกันของมวลสารที่แถบบริเวณใกล้หรือที่ใจกลางกาแล็กซีส่วนใหญ่ ตัวอย่างคือ หลุมดำยักษ์ ซากิตตาริอัส เอ^* (Sagittarius A^*) มีมวลประมาณ 5 ล้านเท่ามวลดวงอาทิตย์ อยู่ที่บริเวณใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือก ไกลจากโลกประมาณ 27,000 ปีแสง

*แล้วก็ยังมี...การกล่าวถึง...หลุมดำอีก 2 ชนิดที่พบไม่มาก หรือไม่ชัดเจน คือ “หลุมดำมวลขนาดกลาง” (intermediate-mass black hole) และ “หลุมดำจิ๋ว” (micro black hole) แต่ก็กำลังถูกจับตามองว่า อาจเกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ที่แปลกใหม่

“เป้าหมาย” และ “วิธีการ” โจทย์การศึกษาใหม่

คณะนักดาราศาสตร์ผู้เขียนรายงานที่เป็นโฟกัสเรื่องของเราวันนี้ เลือกจุดแดงเล็กคิวเอสโอ1 เป็นตัวอย่างการศึกษา

คิวเอสโอ1 (QSO1) เป็นชื่อย่อของจุดแดงเล็ก Abell2744-QSO1 ถูกค้นพบโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศ เจมส์ เวบบ์ เมื่อปี ค.ศ. 2023 มีอายุประมาณ 700ล้านปี ตั้งแต่กำเนิดจักรวาลแบบบิกแบง

เป้าหมายตรงๆ ของคณะนักดาราศาสตร์ คือ ต้องการจะหาคำตอบที่ “แน่ชัดขึ้น” ว่า จุดแดงเล็ก (ที่ศึกษา) เป็นอะไรกันแน่ โดยตั้งสมมติฐานในขั้นต้นว่า น่าจะเป็นหลุมดำ

คณะนักดาราศาสตร์ เลือกใช้วิธีการใหม่ซึ่งไม่เคยใช้กันมาก่อน ในการหาลักษณะการเคลื่อนไหวของแก๊สที่อยู่รอบหลุมดำ ซึ่งก็จะบ่งบอกได้ว่า สิ่งที่อยู่ในจุดแดงเล็ก เป็นหลุมดำใช่หรือไม่ ? ...

เพราะถ้าเป็นหลุมดำขนาดใหญ่ ลักษณะการเคลื่อนไหวและความเร็วของแก๊ส เช่น ไฮโดรเจน ที่วิ่งวนรอบหลุมดำ จะแตกต่างไปจากกรณีที่ไม่มีหลุมดำที่ใจกลาง

จากนั้น คณะนักดาราศาสตร์ก็วิเคราะห์ผลการกระจายหรือการเคลื่อนที่ของแก๊สที่จุดแดงเล็ก เพื่อดูว่า จะ “เข้ากับ” สภาพของสิ่งที่อยู่ภายในจุดแดงเล็ก แบบเป็นหลุมดำยักษ์ที่ใจกลางหรือไม่ ? แบบไหน ?

ส่วนมวลโดยรวมของสิ่งที่อยู่ภายในจุดแดงเล็ก หรือหลุมดำ (ถ้าใช่) ก็หาได้โดยวิธีการต่างๆ หลักๆ ก็คือ อิทธิพลของแรงดึงดูดโน้มถ่วงของหลุมดำยักษ์เป้าหมาย ต่อสภาพแวดล้อม หลักๆ คือกาแล็กซีที่อยู่ใกล้เคียง

ผลการศึกษา

รายงานผลการศึกษาที่ลงตีพิมพ์ใน Nature ชื่อ “A direct black hole mass measurement in a little red dot at high redshift” (การวัดมวลของหลุมดำโดยตรงในจุดแดงเล็กที่มีเรดชิฟต์สูง)

redshift (เรดชิฟต์ : การขยับเลื่อนไปทางสีแดง) ที่สูงของเป้าหมาย คือ จุดแดงเล็กคิวเอสโอ1 บ่งบอกว่า คิวเอสโอ1 อยู่ห่างไกลจากโลกมาก (ประมาณ 13,000 ล้านปีแสง) แต่เป็นวัตถุที่มีอายุน้อยมากในระดับจักรวาล คือ คิวเอสโอ1 มีอายุเพียงประมาณ 700 ล้านปี ตั้งแต่กำเนิดจักรวาล เมื่อประมาณ 13,800 ล้านปีก่อน

ผลการศึกษาใหม่ที่สำคัญ คือ

*สิ่งที่อยู่ภายในจุดแดงเล็กคิวเอสโอ1 มีความเป็นไปได้มากที่สุดว่า เป็นหลุมดำยักษ์มีมวลประมาณ 50 ล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์...

โดยมีข้อสังเกตว่า ก่อนรายงานการศึกษาใหม่นี้ ก็มีการศึกษาวัดมวลของหลุมดำยักษ์ในคิวเอสโอ1 มาก่อน แต่ยังไม่เป็นที่ยุติ โดยผลสรุปทางการศึกษาที่ทำกันมาก่อน ได้มวลของหลุมดำยักษ์ที่ใจกลางคิวเอสโอ1 มากที่สุด ประมาณ 40 ล้านเท่ามวลของดวงอาทิตย์

*จุดแดงเล็กคิวเอสโอ1 มีสภาพเป็นหลุมดำยักษ์เพียงหนึ่งเดียวที่ชัดเจน คือ มีมวลประมาณ 66% ของมวลทั้งหมดของคิวเอสโอ1 โดยมีส่วนประกอบอื่นๆ อยู่เป็นส่วนน้อยกว่าและยังไม่มีส่วนที่มักมาก่อนหลุมดำในกาแล็กซีทั่วไป คือ ดาวฤกษ์เต็มตัว เพราะพบว่า ส่วนที่จะเกิดเป็นดาวฤกษ์ในคิวเอสโอ1 มีอายุมากที่สุดเพียงประมาณ 200 ล้านปี จึงยังไม่พัฒนาถึงขั้นเป็นดาวฤกษ์เต็มตัว เนื่องจากดาวฤกษ์โดยทั่วไปจะใช้เวลายาวนานเป็นพันล้านปีขึ้นไป จึงจะเกิดเป็นดาวฤกษ์เต็มตัว

*หลุมดำที่ใจกลางจุดแดงเล็กคิวเอสโอ1 เป็นตัวอย่างของหลุมดำเรียกกันเป็น “naked black hole” หรือ “หลุมดำเปลือย” ซึ่งแตกต่างไปจากหลุมดำโดยทั่วไป คือ นอกเหนือไปจากตัวหลุมดำแล้ว บริเวณโดยรอบหลุมดำก็จะประกอบด้วยอะตอมของธาตุที่เบา (ไฮโดรเจนและฮีเลียม) เป็นส่วนใหญ่ โดยไม่มีอะตอมของธาตุที่หนักอยู่โดยรอบหลุมดำ ดังเช่น หลุมดำทั่วไป...

และหลุมดำที่ใจกลางจุดแดงเล็กคิวเอสโอ1 นี้ ถ้าเป็น “หลุมดำเปลือย” จริง ก็จะเป็นหลุมดำเปลือยที่มีมวลมากที่สุดที่พบกันมา

ภาพถ่ายจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศ JWST_NIRCam ของวัตถุตัวอย่าง

กระบวนทัศน์ใหม่ : กำเนิดหลุมดำและกาแล็กซี

บทสรุปสำคัญที่นำมาสู่ความคิดเรื่องกระบวนทัศน์ใหม่ (new paradigm) อย่างตรงๆ ก็คือ ผลการศึกษาใหม่ที่พบว่า จุดแดงเล็กคิวเอสโอ1 ดูจะประกอบด้วยหลุมดำยักษ์มีมวลประมาณ 50 ล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์เท่านั้นเป็นหลัก โดยที่สิ่งอื่นๆ ซึ่งมักจะ “มีอยู่” เป็นส่วนประกอบพื้นฐานของกาแล็กซี คือ ดาวฤกษ์ชนิดต่างๆ และธาตุหรือแก๊สของธาตุต่างๆ ทั้งชนิดเบา (เช่น ไฮโดรเจน) และอื่นๆ ที่หนักขึ้นไป (เช่น เหล็ก) ที่ตรวจพบล้วนเป็นของธาตุที่เบา คือ ธาตุแรกเริ่มของสสารทั่วไปเท่านั้นเป็นหลัก...

โดยที่ส่วนซึ่งกำลัง “ก่อตัว” เป็น “ดาวฤกษ์” ที่พบ ก็มีอายุมากที่สุดเพียงประมาณ 200 ล้านปี ซึ่งหมายความว่า จุดแดงเล็กคิวเอสโอ1 กำลังอยู่ในสถานภาพการก่อตัวเป็นกาแล็กซี แต่ยัง “ไม่เกิด” เป็นกาแล็กซีที่สมบูรณ์

สรุปรวบยอดที่สำคัญของผลการศึกษาใหม่นี้ คือ คิวเอสโอ1 เป็นหลุมดำยักษ์ที่เกิดขึ้น ก่อนที่จุดแดงเล็ก คิวเอสโอ1 จะพัฒนาเป็นกาแล็กซีเต็มตัว

ความหมายตรงๆ ก็คือ คิวเอสโอ1 ดูจะเป็น “หลุมดำยักษ์” ที่เกิดขึ้นก่อนกาแล็กซี “เจ้าบ้าน” จะเกิดขึ้น

แล้วอย่างไรต่อ ?

จากที่กล่าวไปแล้ว ก็หมายความว่า นักดาราศาสตร์กำลัง “พบ” หรือ “เผชิญ” กับปรากฏการณ์แปลก...ใหม่...ที่ไม่เคยพบกันมาก่อน เกี่ยวกับกำเนิดของ “หลุมดำ” และ “กาแล็กซี”

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในส่วนของ “หลุมดำ” เพราะในส่วนของกาแล็กซี การค้นพบ “หลุมดำยักษ์” ที่ดูจะเกิดก่อนบรรดาส่วนประกอบอื่นๆ (เช่น ดาวฤกษ์) ของกาแล็กซี ก็อาจ “สื่อ” เพียงว่า การเกิดขึ้นของสรรพสิ่งที่ประกอบเป็นกาแล็กซี ยังมีอีกที่ “ยังไม่ทราบกัน” นอกเหนือไปจากเรื่องของหลุมดำ, ดาวฤกษ์, สสารมืด, พลังงานมืด ฯลฯ

ดังนั้น ถึงแม้กำเนิดของกาแล็กซีก็ยังเป็นประเด็นน่าสนใจสำหรับผลการศึกษาใหม่ แต่ที่เป็นประเด็นหลักสำหรับ “กระบวนทัศน์ใหม่” จริงๆ ก็คือ กำเนิดของหลุมดำ

แล้วคณะนักดาราศาสตร์มีแผนจะเจาะศึกษาเรื่องนี้ต่ออย่างไร ?

QSO1 เป็นชื่อย่อของจุดแดงเล็ก Abell2744-QSO1

กระบวนทัศน์ใหม่ : หลุมดำเกิดก่อนกาแล็กซี

คณะนักดาราศาสตร์เสนอ 2 แนวทางที่คณะตั้งเป็นโจทย์จะติดตามเจาะศึกษาต่อ เป็น “กระบวนทัศน์ใหม่” การเกิดเป็นหลุมดำยักษ์อยู่ภายในจุดแดงเล็กคิวเอสโอ1

หนึ่ง : การยุบถล่มตนเองของหลุมดำมวลมากที่กำลังก่อตัวอยู่ภายในจุดแดงเล็ก1 จนกระทั่งเกิดเป็นหลุมดำยักษ์มีมวล 50ล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์

สอง : หลุมดำยักษ์ที่อยู่ในจุดแดงเล็กคิวเอสโอ1 เป็นตัวอย่างของ “primoidal black hole” (“หลุมดำปฐมภูมิ”) ตามที่ สตีเฟน ฮอว์คิว ได้เสนอเมื่อปี ค.ศ. 1971 โดยที่หลุมดำปฐมภูมิถือกำเนิดขึ้นตั้งแต่ระยะแรกๆ หลังการเกิดบิกแบง

คณะนักดาราศาสตร์กำหนดแผนจะศึกษาจุดแดงเล็กอื่นๆ และหลุมดำยักษ์อื่นๆ ที่อยู่ในจักรวาลส่วนใกล้โลกหรือกาแล็กซีทางช้างเผือกเข้ามา โดยอาศัยกล้องโทรทรรศน์บนพื้นโลกที่มีศักยภาพสูงสำหรับเป้าหมายการศึกษา

ไอแซก อาซิมอฟ : “นั่นมันแปลกนะ !”

ในระหว่างกำลังเขียนเรื่องนี้สำหรับท่านผู้อ่าน ผู้เขียนก็นึกถึงเมื่อครั้งที่ผู้เขียนได้พบและคุยกับ ไอแซก อาซิมอฟ (Isaac Asimov) ที่กรุงนิวยอร์ก (วันที่ 16 พฤศจิกายน ค.ศ. 1977) ซึ่งเราได้คุยกันทั้งเรื่องของนิยายวิทยาศาสตร์ และวิทยาศาสตร์จริง รวมไปถึงเรื่อง ชวนพิศวงในวิถีของนักวิทยาศาสตร์ สำหรับเรื่องการค้นพบ “สิ่งใหม่” “ความรู้ใหม่”

ไอแซก อาซิมอฟ มีชื่อเสียงรู้จักกันดีที่สุด ทางด้านนิยายวิทยาศาสตร์ แต่สำหรับวิทยาศาสตร์ของจริง ก็เป็นผู้รอบรู้ในเรื่องพัฒนาการของวิทยาศาสตร์โลกตั้งแต่เริ่มต้น

สำหรับ โลกนิยายวิทยาศาสตร์ ไอแซก อาซิมอฟ มี “กฎสามข้อของหุ่นยนต์” (The Three Laws of Robotics) ที่รู้จักกันดี

สำหรับโลกวิทยาศาสตร์จริง ไอแซก อาซิมอฟ มีคำกล่าวที่รู้จักกันดี ในวิถีแห่งการค้นพบ (ทางวิทยาศาสตร์) ที่สำคัญ คือ “That’s Funny!” (“นั่นมันแปลกนะ !”)

ดังนั้น สำหรับเรื่องของเราวันนี้ “การค้นพบหลุมดำที่เกิดก่อนกาแล็กซี!” จึงทำให้ผู้เขียนนึกถึง และเห็นด้วยกับ ไอแซก อาซิมอฟ ว่า “นั่นมันแปลกนะ !”

แล้วท่านผู้อ่านล่ะครับ คิดอย่างไร ?

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

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech