ภาพใหม่จากเจมส์เวบบ์: เจาะลึกใจกลาง “เซนทอรัส เอ” ไขปริศนาหลุมดำมวลยิ่งยวด

กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (James Webb Space Telescope หรือ JWST) ได้เผยภาพถ่ายล่าสุดของกาแล็กซีเซนทอรัส เอ (Centaurus A) แสดงให้เห็นรายละเอียดทางโครงสร้างที่ซับซ้อนที่สุดเท่าที่เคยมีการบันทึกมา การใช้เซนเซอร์ตรวจจับรังสีอินฟราเรดใกล้และกลางที่มีความไวสูงเป็นประวัติการณ์ ทำให้เจมส์ เวบบ์มองทะลุกลุ่มฝุ่นหนาทึบที่บดบังใจกลางกาแล็กซีแห่งนี้และเผยให้เห็นดาวฤกษ์เป็นรายดวงรวมถึงพลวัตของกาแล็กซีที่กำลังเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา

เซนทอรัส เอ ตั้งอยู่ห่างจากโลกประมาณ 11 ล้านปีแสง ซึ่งในทางดาราศาสตร์ถือเป็นระยะทางที่ใกล้มาก สิ่งที่ทำให้กาแล็กซีแห่งนี้มีความสำคัญคือกิจกรรมภายในกาแล็กซี (activity) ที่แตกต่างจากกาแล็กซีเพื่อนบ้านทั่วไป เซนทอรัส เอจึงกลายเป็นสถานที่ที่นักดาราศาสตร์ใช้ศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างการเติบโตของกาแล็กซีและหลุมดำมวลยิ่งยวด (supermassive black hole)

ก่อนหน้านี้ กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล (Hubble Space Telescope) ได้ส่องเข้าไปศึกษาตำแหน่งใจกลางของกาแล็กซีเซนทอรัส เอ แต่ไม่สามารถเก็บข้อมูลดวงดาวและกิจกรรมภายในใจกลางได้เนื่องจากในย่านแสงที่ตามองเห็นใจกลางของเซนทอรัส เอ จะมีฝุ่นบริเวณใจกลางกาแล็กซีคอยบดบัง ในขณะที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์ (Spitzer) ซึ่งทำงานในย่านอินฟราเรด สามารถจับภาพโครงสร้างขนาดใหญ่ภายในใจกลางได้ แต่ภาพที่ได้นั้นยังขาดคุณภาพรายละเอียดในการแยกแยะดาวฤกษ์แต่ละดวง

ล่าสุด ภาพจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ซึ่งบันทึกในย่านรังสีอินฟราเรด เผยให้เห็นโครงสร้างฝุ่นที่มีรูปร่างซับซ้อน เช่น แถบฝุ่นคล้ายรูปสี่เหลี่ยมด้านขนานที่บิดเบี้ยวพาดผ่านใจกลางกาแล็กซี และริ้วสสารที่แผ่กระจายออกไป นอกจากนี้ ภาพจากอุปกรณ์อินฟราเรดช่วงกลาง (mid-infrared instrument หรือ MIRI) ยังเผยให้เห็นโครงสร้างรูปตัว S ปริศนา ซึ่งนักดาราศาสตร์ต้องศึกษาต่อไปว่ารูปร่างดังกล่าวเกิดจากอิทธิพลของหลุมดำหรือเป็นผลพวงจากการก่อตัวของดาวฤกษ์หลังการชนกันของกาแล็กซีกันแน่

ร่องรอยการชนเมื่อ 2 พันล้านปีก่อน

นักดาราศาสตร์เชื่อว่าเซนทอรัส เอน่าจะเคยผ่านการชนเข้ากับกาแล็กซีอย่างรุนแรงเมื่อประมาณ 2 พันล้านปีก่อน ผลพวงจากการชนครั้งนั้นยังคงหลงเหลืออยู่ในรูปของโครงสร้างที่บิดเบี้ยวและโครงสร้างต้นกำเนิดของดาวฤกษ์ภายในกาแล็กซี

ด้วยศักยภาพของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ นี้เอง บริเวณที่เคยมองเห็นเป็นเพียงฝ้าหมอกหรือภาพที่มองไม่เห็นรายละเอียด ก็ได้เปิดเผยให้เห็นว่าพื้นที่เหล่านั้นเป็นกระจุกดาวฤกษ์ที่หนาแน่น จุดเรืองแสงสีแดงจำนวนมากในภาพคือดาวฤกษ์ที่มีฝุ่นล้อมรอบ หรือแหล่งอนุบาลดาวฤกษ์ (stellar nurseries) ซึ่งเป็นบริเวณที่ดาวฤกษ์อายุมากกำลังสลัดมวลสารกลับสู่อวกาศ และมีดาวฤกษ์อายุน้อยกำลังก่อตัวในพื้นที่เดียวกัน

ข้อมูลเหล่านี้ทำให้นักดาราศาสตร์ศึกษาโบราณคดีของกาแล็กซี (galactic archaeology) ผ่านการวิเคราะห์ดาวฤกษ์ทีละดวงเพื่อสร้างประวัติและวิวัฒนาการของกาแล็กซีเซนทอรัส เอ ทำให้ทราบว่าดาวฤกษ์เก่าแก่ก่อตัวขึ้นเมื่อใด กิจกรรมของกาแล็กซีชะลอตัวลงช่วงไหน และเกิดการปะทุของการสร้างดาวฤกษ์ (starburst) อย่างรุนแรงในช่วงที่เกิดการชนกันอย่างไร

พลวัตของก๊าซและกลไกสองด้านของหลุมดำมวลยิ่งยวด

ณ ใจกลางของกาแล็กซี เซนทอรัส เอ คือหลุมดำมวลยิ่งยวดที่กำลังดึงดูดสสารรอบข้างเข้าไปอย่างต่อเนื่อง พร้อมกับพ่นลำอนุภาค (jets) และปลดปล่อยพลังงานมหาศาลออกมา กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ไม่ได้ทำหน้าที่เพียงแค่บันทึกภาพของหลุมดำเพียงเท่านั้น แต่ยังใช้อุปกรณ์สเปกโทรสโกปี (spectroscopy) วิเคราะห์การเคลื่อนที่ของก๊าซภายในกาแล็กซีด้วย

ข้อมูลเบื้องต้นแสดงให้เห็นกระแสของก๊าซแตกตัวเป็นไอออน (ionized gas) กำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงพุ่งออกสู่ภายนอก ซึ่งเป็นผลจากกิจกรรมของหลุมดำ และยังพบไฮโดรเจนโมเลกุลอุณหภูมิสูงกว่าปกติในจานหมุนที่บิดเบี้ยวบริเวณใจกลาง ซึ่งตรงกับพฤติกรรมและคุณสมบัติโดยทั่วไปของหลุมดำที่ทำหน้าที่ได้ทั้งกระตุ้นการเกิดดาวฤกษ์ดวงใหม่โดยการบีบอัดก๊าซ และในขณะเดียวกันก็สามารถยับยั้ง การเกิดดาวฤกษ์โดยการพัดพาสสารที่เป็นวัตถุดิบออกไป

ชอว์น โดมากัล-โกลด์แมน (Shawn Domagal-Goldman) ผู้อำนวยการแผนกฟิสิกส์ดาราศาสตร์ของนาซา ระบุว่า "ไม่มีกล้องโทรทรรศน์ใดเพียงกล้องเดียวที่เล่าเรื่องราวได้ทั้งหมด การค้นพบนี้เป็นการต่อยอดจากรากฐานที่ภารกิจก่อนหน้าสร้างไว้ เจมส์ เวบบ์คือก้าวสำคัญที่สุดในการเปิดช่องทางไปสู่ช่วงความยาวคลื่นและรายละเอียดที่ไม่เคยเข้าถึงได้มาก่อน ทำให้นักดาราศาสตร์สามารถตรวจสอบกระบวนการต่าง ๆ ที่กล้องอื่นไม่สามารถมองเห็นได้"

ขณะนี้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ดำเนินการศึกษาทางดาราศาสตร์มาแล้วเป็นปีที่สี่ ถือเป็นกล้องเรือธงของนาซาที่ใช้ศึกษากิจกรรมทางดาราศาสตร์ในย่านอินฟราเรด

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