ยูนิคอร์น: หลุมดำที่อยู่ใกล้ที่สุดและมีขนาดเล็กที่สุด

      นักวิทยาศาสตร์ได้พบหลุมดำที่มีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่เคยบันทึกมา และยังเป็นหลุมดำที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุดเท่าที่เคยพบมาด้วย นักวิจัยเรียกมันว่า ยูนิคอร์น ส่วนหนึ่งก็เพราะโดยรวมแล้วมันไม่เหมือนใคร และอีกส่วนก็คือมันถูกพบในกลุ่มดาวม้ามีเขา(Monoceros) หรือยูนิคอร์น การค้นพบนี้เผยแพร่ในวารสาร Monthly Notices of the Royal Astronomical Society วันที่ 21 เมษายน

 

    เมื่อเราพิจารณาข้อมูล หลุมดำยูนิคอร์นนี้ก็โผล่ออกมาให้เห็นเลย Tharindu Jayasinghe ผู้เขียนนำ นักศึกษาปริญญาเอกสาขาดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยโอไฮโอสเตท กล่าว ยูนิคอร์นใขนาดประมาณ 3 เท่ามวลดวงอาทิตย์ซึ่งเล็กจิ๋วสำหรับหลุมดำ ในเอกภพมีหลุมดำเพียงไม่กี่แห่งที่มีมวลระดับนี้ หลุมดำนี้อยู่ห่างจากโลกออกไป 1500 ปีแสง ซึ่งก็ยังอยู่ในทางช้างเผือก และกระนั้นมันก็ซ่อนตัวอยู่อย่างแนบเนียนจนกระทั่ง Jayasinghe เริ่มต้นวิเคราะห์มัน

      หลุมดำแห่งนี้ดูเหมือนจะจับคู่กับดาวฤกษ์ยักษ์แดงดวงหนึ่ง ซึ่งหมายความว่าทั้งสองผูกพันกันด้วยแรงโน้มถ่วง นักวิทยาศาสตร์มองไม่เห็นหลุมดำแห่งนี้ เนื่องจากมันดำมืดโดยนิยาม ซึ่งไม่เพียงแต่มองไม่เห็นด้วยสายตา แต่ยังตรวจไม่พบด้วยเครื่องมือที่นักดาราศาสตร์ใช้ตรวจสอบแสงและช่วงความยาวคลื่นอื่นๆ แต่ในกรณีนี้ พวกเขาสามารถมองเห็นดาวข้างเคียงของหลุมดำได้ ดาวดวงนี้ถูกบันทึกไว้โดยระบบกล้องโทรทรรศน์ซึ่งรวมถึง KELT ที่ดำเนินการโดยโอไฮโอสเตท, ASAS ซึ่งเป็นโครงการก่อนหน้า ASAS-SN ซึ่งขณะนี้ก็พ้นจากการดูแลของโอไฮโอสเตท และ TESS ดาวเทียมนาซาซึ่งสำรวจหาดาวเคราะห์นอกระบบ ข้อมูลเกี่ยวกับมันจึงมีมากมายแต่ก็ยังไม่ได้วิเคราะห์

     เมื่อ Jayasinghe และนักวิจัยคนอื่นๆ วิเคราะห์ข้อมูลเหล่านั้น พวกเขาก็สังเกตว่ามีบางสิ่งที่มองไม่เห็นที่กำลังโคจรรอบดาวยักษ์แดง V723 Mon นี้ เป็นสาเหตุให้แสงจากดาวเปลี่ยนแปลงความเข้มและลักษณะปรากฏ ในแต่ละจุดตลอดวงโคจร และพวกเขาก็ตระหนักว่าบางสิ่งนี้ก็กำลังส่งแรงดึงต่อยักษ์แดง และเปลี่ยนแปลงรูปร่างของดาว การดึงซึ่งเรียกว่า tidal distortion ได้ให้ควันปืนว่ามีบางสิ่งที่กำลังสร้างผลกระทบต่อดาวอยู่ ทางเลือกหนึ่งก็คือ หลุมดำ แต่มันน่าจะต้องมีขนาดเล็กต่ำกว่า 5 เท่ามวลดวงอาทิตย์ ซึ่งอยู่ในช่วงขนาดที่นักดาราศาสตร์เรียกว่า ช่องว่างมวล(mass gap) ขั้นต่ำ เมื่อไม่นานนี้เองที่นักดาราศาสตร์คิดว่าเป็นไปได้ที่หลุมดำที่มีมวลน้อยขนาดนั้นจะมีอยู่จริง

     ตั้งแต่หลุมดำดึกดำบรรพ์(primordial black hole) ขนาดจิ๋วจนถึงยักษ์ใหญ่มวลมหาศาล(supermassive) ในใจกลางกาแลคซีต่างๆ ทฤษฎีได้ทำนายว่าหลุมดำจะปรากฏในช่วงมวลหนึ่ง อย่างไรก็ตาม เมื่อเอ่ยถึงหลุมดำที่เกิดขึ้นจากแกนกลางดาวที่ยุบตัวลง นักดาราศาสตร์ก็พบช่องว่างมวลนี้มาหลายปี ถ้า(ซาก)ดาวที่ยุบตัวลงมีขนาดไม่ถึง 2.3 เท่ามวลดวงอาทิตย์ มันก็จะกลายเป็นดาวนิวตรอน(neutron star) ไม่ใช่หลุมดำ และจนกระทั่งบัดนี้ เราก็ไม่เคยได้พบหลุมดำดวงดาวใดๆ ที่เล็กกว่า 5 เท่าดวงอาทิตย์เลย

     เมื่อคุณพิจารณาหนทางอื่นอย่างที่เรากำลังทำนี้ คุณก็พบสิ่งที่แตกต่างออกไป Kris Stanek ผู้เขียนร่วมการศึกษา ศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์ที่โอไฮโอสเตท กล่าว Tharindu ตรวจสอบสิ่งนี้ซึ่งคนอื่นๆ อีกหลายคนมองแล้วก็เมินความเป็นไปได้ที่มันจะเป็นหลุมดำไป แล้วไงล่ะ ก็ถ้ามันจะเป็นหลุมดำจริงๆ

     การรบกวนด้วยแรงโน้มถ่วงจึงเกิดจากแรงบีบฉีก(tidal force) ของวัตถุข้างเคียงที่มองไม่เห็นซึ่งก็คือหลุมดำ Todd Thompson ผู้เขียนร่วมการศึกษา ประธานแผนกดาราศาสตร์ โอไฮโอสเตท กล่าวว่า ก็เหมือนกับที่แรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์รบกวนมหาสมุทรของโลก เป็นสาเหตุให้ทะเลป่องเข้าหาและออกจากดวงจันทร์ ทำให้เกิดน้ำขึ้นน้ำลง(tides) เช่นเดียวกับหลุมดำที่รบกวนดาวจนมีรูปร่างเป็นรูปลูก(อเมริกัน) ฟุตบอล โดยมีแกนหนึ่งยาวกว่าอีกแกน คำอธิบายที่ง่ายดายที่สุดก็คือ มันเป็นหลุมดำแห่งหนึ่ง และในกรณีนี้ คำอธิบายที่ง่ายที่สุดก็ยังมีความเป็นไปได้มากที่สุด

     ความเร็วของดาวยักษ์แดง, คาบการโคจร และวิธีที่แรงโน้มถ่วงรบกวนยักษ์แดงได้บอกถึงมวลของหลุมดำ ทำให้นักวิจัยสรุปได้ว่าหลุมดำนี้มีมวลประมาณ 3 เท่ามวลดวงอาทิตย์ สำหรับเมื่อทศวรรษก่อน นักดาราศาสตร์และนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์สงสัยว่าพวกเขาไม่เคยพบหลุมดำ(ขนาด) เหล่านี้เพราะระบบและความพยายามของนักวิจัยในการเข้าหานั้นไม่เพียงพอที่จะพบพวกมัน หรือจริงๆ พวกมันแค่ไม่มีอยู่จริง แบบไหนกันแน่

     จากนั้นเมื่อประมาณ 18 เดือนที่แล้ว สมาชิกหลายคนในทีมวิจัยโอไฮโอสเตทนี้ ซึ่งนำโดย Thompson ได้เผยแพร่บทความวิทยาศาสตร์ชิ้นหนึ่งในวารสาร Science นำเสนอหลักฐานที่แน่ชัดว่ามีหลุมดำชนิดนี้อยู่จริงๆ การค้นพบผลักดันให้ Jayasinghe และคนอื่นๆ ทั้งที่โอไฮโอสเตท และทั่วโลก สืบเสาะหาหลุมดำที่มีขนาดเล็กลงไปอีก และก็ชักนำให้ได้พบกับยูนิคอร์นตนนี้

ช่องว่างมวลของวัตถุกะทัดรัด(compact objects) 

      การค้นหาและศึกษาหลุมดำและดาวนิวตรอนในกาแลคซีของเรา เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับนักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาห้วงอวกาศเนื่องจาก มันจะบอกพวกเขาเกี่ยวกับวิธีที่ดาวก่อตัวและตายลง แต่การค้นพบและศึกษาหลุมดำก็เป็นไปได้ยาก เมื่อหลุมดำโดดๆ นั้นไม่เปล่งแสงอย่างที่วัตถุชนิดอื่นเปล่งออกมาในอวกาศ พูดง่ายๆ คือ เป็นความเงียบและมืดสำหรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า หลุมดำที่พบเกือบทุกแห่งถูกพบเนื่องจากพวกมันมีปฏิสัมพันธ์กับดาวข้างเคียง ซึ่งสร้างรังสีเอกซ์จำนวนมาก และนักดาราศาสตร์ก็เห็นรังสีเอกซ์เหล่านั้น

     ในช่วงไม่กี่ปีนี้ ชุดทดลองขนาดใหญ่ที่พยายามค้นหาและระบุหลุมดำขนาดเล็ก ได้เริ่มทำงาน และ Thompson บอกว่าเขาคาดว่าจะได้เห็นหลุมดำในช่องว่างมวลเพิ่มขึ้นในอนาคต ผมคิดว่าแขนงวิชานี้กำลังขยับเข้าสู่ทิศทางว่ามีหลุมดำมวลต่ำแค่ไหน, มวลปานกลางแค่ไหน และมีมวลสูงมากแค่ไหน เนื่องจากทุกๆ ครั้งที่เราได้พบหลุมดำสักแห่ง มันจะให้เงื่อนงำเราว่าดาวชนิดใดที่ยุบตัว, ชนิดใดที่ระเบิด และชนิดใดที่อยู่ตรงกลางนั้น

 

แหล่งข่าว phys.org : black hole is closest to Earth, among the smallest ever discovered
                sciencealert.com : astronomers have detected the closest black hole to Earth. Thankfully, it’s tiny  
              iflscience.com : astronomers have discovered the closest black hole to Earth and named it the “Unicorn”