ดาวเคราะห์รอบหลุมดำยักษ์ในใจกลางกาแลคซี

 

     หลุมดำมวลมหาศาลพบได้ทั่วเอกภพของเรา เป็นหลุมแรงโน้มถ่วงปีศาจที่ยึดเกาะกาแลคซีไว้ด้วยกันและพรางตัวมันเองไว้ในก้อนฝุ่นที่หมุนเวียน เปล่งรังสีเอกซ์สว่างออกมา บางครั้ง ลำวัสดุสารสว่างก็ปะทุออกจากขั้วของหลุมดำ ก่อตัวเป็นไอพ่นที่เห็นได้ข้ามห้วงอวกาศ และขณะนี้ นักวิทยาศาสตร์บางคนก็สงสัยว่าปีศาจแรงโน้มถ่วงเหล่านี้อาจจะมีดาวเคราะห์รอบๆ พวกมันได้หลายพันดวง

ภาพจากศิลปินแสดงเหนือยอดเมฆในชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์ในทางทฤษฎีที่อาจก่อตัวรอบหลุมดำมวลมหาศาลในใจกลางกาแลคซี 

      นักวิทยาศาสตร์เรียกดาวเคราะห์ของหลุมดำเหล่านี้ในชื่อเล่นว่า blanets บลาเนตเช่นนี้น่าจะก่อตัวขึ้นจากเมฆฝุ่นที่หมุนวนไปรอบๆ หลุมดำ และพวกมันก็ไม่น่าจะแตกต่างจากดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์ปกติสักเท่าไหร่ บางดวงก็อาจแข็งแกร่งเป็นหินเหมือนอย่าง โลก แต่น่าจะมีขนาดใหญ่กว่าได้ถึงสิบเท่า และบางส่วนก็อาจเป็นดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ แต่แทบจะแน่นอนว่าเรามองไม่เห็นพวกมัน เมื่อพวกมันซ่อนตัวอยู่ในดิสก์มวลสารที่ให้กำเนิดรอบหลุมดำตัวแม่ แต่ในรายงานคู่หนึ่งซึ่งเผยแพร่ใน Astrophysical Journal ในเดือนพฤศจิกายน 2019 และบนเวบ arXiv เดือนกรกฎาคม 2020 ตามลำดับ ทีมนักวิจัยได้หาความเป็นไปได้ที่ดาวเคราะห์รอบหลุมดำเหล่านี้จะอยู่ได้

     ไม่ใช่ว่าหลุมดำมวลมหาศาล(supermassive black hole) ทุกแห่งน่าจะมีดาวเคราะห์อยู่รอบๆ ได้ การพัฒนาลูกบอลวัสดุสารรอบๆ หลุมดำนั้น ยุ่งยากกว่าในดิสก์กำเนิดดาวเคราะห์(protoplanetary disk) รอบดาวฤกษ์อายุน้อย ฝุ่นและก๊าซที่หมุนวนรอบหลุมดำมวลมหาศาลแห่งหนึ่งแห่งใด ก็มีความหนาแน่นน้อยกว่ามาก และสสารที่ตกลงสู่หลุมดำซึ่งเรืองร้อนจัดจนเปล่งโคโรนาที่ขอบฟ้าสังเกตการณ์ ก็อาจจะร้อนเกินไปและสว่างเกินไปจนน้ำแข็งไม่สามารถก่อตัวขึ้นในส่วนใดของดิสก์ฝุ่นก๊าซนี้ได้เลย

     และน้ำแข็งก็เป็นองค์ประกอบหลักสำหรับการก่อตัวดาวเคราะห์ อนุภาคฝุ่นที่ปกคลุมด้วยน้ำแข็งดูจะเกาะเข้าด้วยกันเมื่อพวกมันชนกัน ลองคิดถึงว่าน้ำแข็งสองก้อนจะเกาะอยู่ด้วยกันอย่างไรเมื่อชนกันและกัน เมื่อเทียบกับก้อนกรวดสองก้อนที่แน่นอนว่าเกาะติดกันแทบไม่ได้ Keiichi Wada ผู้เขียนนำ นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยคาโกชิมา ในญี่ปุ่น กล่าว เมื่อเวลาผ่านไป ก้อนเหล่านั้นจะมีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ และมีแรงโน้มถ่วงที่พัฒนาจนรุนแรงมากพอที่จะดึงฝุ่นเพิ่มเข้ามาได้อีกมาก ก้อนฝุ่นจะมีขนาดใหญ่พอจนก่อตัวดาวเคราะห์หินได้

      คล้ายๆ กัน เมื่อไม่มีน้ำแข็งหรือน้ำแข็งแห้ง(dry ice; คาร์บอนไดออกไซด์ในรูปของแข็ง) ก็ยากมากๆ ที่จะสร้างบลาเนตขึ้นได้ Wada กล่าว หลุมดำบางแห่งมีเส้นหิมะ(snow lines) ในดิสก์มวลสารที่ล้อมรอบมัน ซึ่งเป็นพื้นที่ในอวกาศที่เย็นพอที่น้ำแข็งจะก่อตัวขึ้นได้ เลยจากเส้นนี้ไป อนุภาคฝุ่นจะถูกปกคลุมด้วยน้ำแข็ง Wada กล่าว ด้วยเหตุนี้ จึงง่ายที่จะเกาะกันเมื่อพวกมันชนกัน

กลไกการก่อตัววัตถุดิบสำหรับดาวเคราะห์ โดยบอกว่ารอบเม็ดฝุ่นมีน้ำแข็งบางๆ เคลือบไว้เมื่อเม็ดฝุ่นชนกัน ความร้อนจะทำให้ชั้นน้ำแข็งนี้หลอมเหลว และแข็งตัวในสภาพแวดล้อมในอวกาศอีกครั้ง ยึดเกาะเม็ดฝุ่นไว้

     เลยจากเส้นหิมะออกไป บลาเนตหินน่าจะก่อตัวขึ้นจากก้อนฝุ่นน้ำแข็งที่มีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ ได้ภายใน 10 ล้านปี ถ้าบลาเนตทารกหินเหล่านี้ ดึงดูดก๊าซได้มากพอ พวกมันก็จะก่อตัวดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ได้ แต่จะเป็นไปไม่ได้เลยถ้าปราศจากฟิล์มน้ำแข็งบางๆ บนเม็ดฝุ่น และเนื่องจากการก่อตัวของบลาเนตไม่ถูกจำกัดไว้เหมือนกรณีดาวเคราะห์ปกติ พวกมันจึงมีขนาดใหญ่มโหฬารมาก ดังนั้น SMBHs ที่มืดกว่าเย็นกว่า(อย่างหลุมดำที่ใจกลางทางช้างเผือก) ก็น่าจะเป็นบ้านของดาวเคราะห์ประหลาดเหล่านี้ที่เป็นไปได้มากที่สุด

      ด้วยเหตุผลเหล่านี้ Wada บอกว่าบลาเนตก็ไม่ได้น่าประหลาดใจมากมายอะไรนัก ดิสก์กำเนิดดาวเคราะห์ก็ไม่ต่างกับดิสก์มวลสารที่หมุนวนรอบหลุมดำ แต่ไม่มีใครเคยสนใจจะสืบหาว่าจะมีดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้นรอบ SMBH มาก่อนเลย บางทีอาจเป็นเพราะนักวิจัยในแขนงการก่อตัวดาวเคราะห์ ไม่รู้อะไรมากนักเกี่ยวกับนิวเคลียสกาแลคซีกัมมันต์(active galactic nuclei) และก็ในทางกลับกันด้วย Wada กล่าว

      สำหรับการเป็นนิวเคลียสกาแลคซีกัมมันต์ ซึ่งเป็นสถานะหนึ่งในวิวัฒนาการกาแลคซี ที่เกิดขึ้นราว 1 ร้อยล้านปี ก็จะเพิ่มความจำกัดเรื่องพื้นที่ที่บลาเนตจะสามารถก่อตัวขึ้นได้ แต่ในขณะเดียวกัน ก็ส่งเสริมการก่อตัวบลาเนตด้วย เนื่องจากผลกระทบจากการแผ่รังสีจากนิวเคลียสกาแลคซีกัมมันต์ที่มีต่อเมฆฝุ่น น่าจะผลักดันให้อนุภาคไหลออกจากหลุมดำสร้างเป็นลมวัสดุสารใหม่ๆ ให้กับการก่อตัวดาวเคราะห์ ที่พัดอย่างคงที่ ภายใต้สภาวะพิเศษนี้ บลาเนตก็จะยิ่งเจริญได้เร็วขึ้นและอาจมีขนาดใหญ่ถึง 3000 เท่ามวลโลก(ซึ่งก็ใหญ่พอที่จะก่อตัวดาวแคระน้ำตาลได้ทีเดียว) แต่ถ้าปราศจากลมฝุ่น บลาเนตก็น่าจะเจริญไม่เกิน 6 เท่ามวลโลก ผลสรุปของเราบอกว่าบลาเนตน่าจะก่อตัวรอบนิวเคลียสกาแลคซีกัมมันต์ที่มีกำลังสว่างค่อนข้างต่ำได้ทันเวลาช่วงสถานะนั้น พวกเขาเขียนไว้ในรายงาน

หลุมดำที่มีกิจกรรมสูง ที่เรียกว่า active galactic nucleus

     Wada และเพื่อนร่วมงานยังคงค้นหารายละเอียดทฤษฎีบลาเนตของพวกเขาต่อไป ในรายงานปี 2020 ทีมได้ปรับแต่งและอัพเดทแบบจำลองที่เผยแพร่ในปี 2019 แบบจำลองเดิมนั้น เขาบอกว่ามันปุกปุยเกินไป จะก่อตัวดาวเคราะห์ที่บวมพองขนาดใหญ่ แต่มีความหนาแน่นต่ำ แต่แบบจำลองใหม่สร้างดาวเคราะห์ที่สมจริงมากกว่า มีความหนาแน่นสูงกว่า มีชั้นก๊าซห่อหุ้มที่เล็กกว่ามาก และพวกเขายังได้ปรับปรุงความเข้าใจว่าฝุ่นรอบๆ SMBH ซึ่งพวกมันกระจายอยู่เบาบางกว่าในดิสก์กำเนิดดาวเคราะห์ น่าจะมีพฤติกรรมอย่างไร เมื่อมันเกาะกลุ่มกันในสภาพแวดล้อมก๊าซเบาบางในดิสก์รอบหลุมดำ Wada กล่าว

      มันยากที่จะจินตนาการว่าบลาเนตเหล่านี้จะมีพื้นผิวเป็นอย่างไร นอกเหนือจากความประหลาดที่โคจรรอบหลุมดำมวลมหาศาลแล้ว ตัวบลาเนตเองก็น่าจะโคจรอยู่ห่างจากกันและกัน และจากหลุมดำ มากกว่าที่โลกห่างจากดาวเคราะห์พี่น้อง หรือดวงอาทิตย์ ในกรณีบลาเนตอาจจะอยู่ห่างไกลจากหลุมดำได้ถึงระดับร้อยล้านล้านกิโลเมตร หรือหลายสิบปีแสงเลยทีเดียว ซึ่งต้องใช้เวลาโคจรถึง 1 ล้านปีเพื่อให้ครบรอบ ทำให้พวกมันโดดเดี่ยวจนน่าพิศวง

     และในตอนนี้ ก็ไม่มีทางทราบว่าจะมีชีวิตอุบัติบนบลาเนตได้หรือไม่ การแผ่รังสีอุลตราไวโอเลตและรังสีเอกซ์จากกลุ่มก๊าซร้อนจัด(corona) เหนือหลุมดำจะยอมให้สิ่งมีชีวิตดำรงอยู่ในส่วนที่โดดเดี่ยวในอวกาศได้หรือไม่ แล้วผู้อาศัยบนบลาเนตที่มองหาดาวฤกษ์แม่และจะแปลกใจว่าที่นั้นก็มีลูกบอลหินและก๊าซล้อมรอบ ด้วยหรือไม่  

 

แหล่งข่าว space.com - thousands of Earthlike “blanets” might circle the Milky Way’s central black hole   
               astronomy.com – blanet: a new class of planet that could form around black holes
             sciencealert.com – we have ploonets. We have moonmoons. Now hold onto your hats for..blanets