พบ “อะตอม” ของธาตุเหล็ก รอบ “หลุมดำ” ใจกลางกาแล็กซี

หลังจากที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศรังสีเอ็กซ์ XRISM เริ่มต้นทำงานทางวิทยาศาสตร์ ทีมนักวิทยาศาสตร์ได้สั่งการให้ตัวกล้องส่องเข้ายังตำแหน่งของหลุมดำกาแล็กซี NGC 4151 เพื่อศึกษาการแปรปรวนและความผิดปกติที่เกิดขึ้นรอบจานพอกพูนมวลของหลุมดำ และพบอะตอมของธาตุเหล็กที่นั่น

NGC 4151 เป็นกาแล็กซีกังหันที่อยู่ห่างออกไปประมาณ 43 ล้านปีแสงในกลุ่มดาวหมาล่าเนื้อ (Canes Venatici) ซึ่งภายในใจกลางกาแล็กซีแห่งนี้ มีหลุมดำมวลมหาศาล (Super Massive Black Hole) ซ่อนอยู่ท่ามกลางฝุ่นและหมอกควัน ซึ่งหลุมดำดวงนี้มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ของเราถึง 20 ล้านเท่า

กาแล็กซี NGC 4151 เป็นหนึ่งในกาแล็กซีกัมมันต์ (Active Galaxy) ที่ใกล้ที่สุดที่เรารู้จัก กาแล็กซีกัมมันต์เป็นกาแล็กซีที่มีกิจกรรมการปลดปล่อยรังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาอย่างต่อเนื่องจากใจกลางกาแล็กซี มันจึงน่าสนใจและตกเป็นเป้าหมายสำหรับการศึกษาในครั้งนี้ และ NGC 4151 ก็มักได้รับการสำรวจโดยกล้องโทรทรรศน์ต่าง ๆ อยู่เสมอไม่ว่าจะเป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลหรือกล้องโทรทรรศน์อวกาศจันทรา เพื่อศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ระหว่างตัวหลุมดำมวลมหาศาลกับกลุ่มเทหวัตถุในจานพอกพูนมวลสาร ซึ่งจะนำพาไปสู่ความเข้าใจเพิ่มเติมเกี่ยวกับการเติบโตของหลุมดำมวลมหาศาลใจกลางกาแล็กซีต่าง ๆ ได้

ภาพถ่ายกาแล็กซี NGC 4151 ในย่านคลื่นแสงต่าง ๆ สีฟ้าคือย่านคลื่นรังสีเอ็กซ์ สีขาวคือภาพจากย่านแสงที่ตามองเห็น และสีแดงคือย่านคลื่นในช่วงรังสีอินฟราเรด

การที่กาแล็กซี NGC 4151 เป็นกาแล็กซีกัมมันต์ที่มีการเปล่งแสงในย่านรังสีเอ็กซ์ที่ไม่ปกตินี้ทำให้เป็นตัวอย่างในการทดสอบศักยภาพของกล้องโทรทรรศน์อวกาศ XRISM สำหรับการใช้งานจริงในการทำงานด้านวิทยาศาสตร์เป็นอย่างดี

ข้อมูลสเปกตรัมจากกาแล็กซี NGC 4151 ที่ถูกถ่ายจากอุปกรณ์ Resolve บนกล้องโทรทรรศน์อวกาศ XRISM นั้นแสดงให้เห็นถึงความเข้มของพลังงานในย่าน 6.5 กิโลอิเล็กตรอนโวลต์ (keV) ซึ่งเป็นเส้นแผ่รังสี (Emission Line) ของธาตุเหล็ก นักดาราศาสตร์คิดว่าพลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปลดปล่อยออกจากหลุมดำนั้นอยู่ในรูปของรังสีเอ็กซ์เสียส่วนใหญ่ ซึ่งเกิดจากบริเวณที่ร้อนจัดโดยรอบของหลุมดำ รังสีเอ็กซ์ที่ปลดปล่อยออกมาจากบริเวณที่ร้อนจัดจะแผ่ออกไปยังบริเวณอื่นที่เย็นกว่าของจานพอกพูนมวลจนเกิดการกระเจิงไปมา อะตอมของธาตุเหล็กที่อยู่ภายในจานพอกพูนมวลจึงเรืองแสงในย่านของรังสีเอ็กซ์ตามมาด้วย เราจึงสังเกตเห็นเส้นแผ่รังสีเอ็กซ์ของธาตุเหล็กชัดเจนขึ้นมา

ภาพกราฟสเปกตรัมจากอุปกรณ์ Resolve บนกล้องโทรทรรศน์อวกาศ XRISM ซึ่งมีค่าความสว่างสูงสุดอยู่ในย่าน 6.5 กิโลอิเล็กตรอนโวลต์ (keV)

เหล็กเป็นเพียงองค์ประกอบธาตุหนึ่งที่กล้อง XRISM ตรวจจับได้จากการส่องเข้าไปยังกาแล็กซี NGC 4151 นอกจากนี้มันยังตรวจจับธาตุกำมะถัน แคลเซียม อาร์กอน และอื่น ๆ ได้อีกด้วย ความสามารถนี้ทำให้นักดาราศาสตร์ทำความเข้าใจการสะสมสารต่าง ๆ ภายในจานพอกพูนมวลสารได้มากขึ้นและสามารถสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เพื่อจำลองสิ่งที่เกิดขนในจานพอกพูนมวลได้ และมันยังทำให้เราเข้าใจปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ที่แปลกประหลาดที่เกิดขึ้นทั่วทั้งเอกภพได้อีกด้วย

นอกจากนี้ การทดลองในครั้งนี้ยังเป็นการแสดงศักยภาพความละเอียดของกล้องโทรทรรศน์อวกาศ XRISM ซึ่งเป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศรังสีเอ็กซ์รุ่นใหม่ได้ต่อหนึ่ง

กล้องโทรทรรศน์อวกาศ XRISM เรียกได้ว่าได้รับความช่วยเหลือจากนานาชาติ เนื่องจากมันเป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศรังสีเอ็กซ์ของประเทศญี่ปุ่น (JAXA) ที่ได้รับความร่วมมือด้านอุปกรณ์จากทางสหรัฐอเมริกา ผ่านทาง NASA เช่น เครื่องแคลอรีมิเตอร์ที่ใช้ในการวัดพลังงานในเหตุการณ์ทางดาราศาสตร์ในย่านรังสีเอ็กซ์ และได้รับความร่วมมือจากสหภาพยุโรป (ESA) ในการเทียบคุณสมบัติของเครื่องมือในกล้องโทรทรรศน์ อีกทั้งยังเป็นโครงการกล้องโทรทรรศน์อวกาศที่มีส่วนร่วมทางวิทยาศาสตร์จากประเทศแคนาดา (Canadian Space Agency หรือ CSA) อีกด้วย

เรียบเรียงโดย : จิรสิน อัศวกุล

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

ที่มาข้อมูล : NASA

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech