อธิบายใจกลางรูปรีของกาแลคซีอันโดรเมดา

 

กาแลคซีอันโดรเมดาจากดาวเทียม WISE(Wide-field Infrared Survey Explorer) 

     เมื่อกาแลคซีสองแห่งชนกัน หลุมดำมวลมหาศาล(supermassive black holes) ในแกนกลางของพวกมันก็จะสร้างแรงผลักโน้มถ่วงซึ่งคล้ายกับการถีบเมื่อยิงปืนพกสั้น งานวิจัยใหม่ที่นำโดยมหาวิทยาลัยโคโลราโด โบลเดอร์ ได้บอกว่า การผลักนี้อาจจะทรงพลังอย่างมากจนมันสามารถผลักดาวนับล้านดวงให้ไปอยู่ในวงโคจรที่แปลกประหลาดได้

     งานวิจัยซึ่งเผยแพร่วันที่ 29 ตุลาคม ใน Astrophysical Journal Letters ได้ช่วยไขปริศนาที่มีอายุนับสิบปีเกี่ยวกับกระจุกดาวรูปร่างประหลาดตาที่ในใจกลางของกาแลคซีอันโดรเมดา(Andromeda) กาแลคซีกังหันเพื่อนบ้านที่อยู่ห่างออกไป 2.5 ล้านปีแสงจากโลก มันอาจจะยังช่วยนักวิจัยให้เข้าใจกระบวนการที่กาแลคซีเจริญเติบโตโดยการกลืนกาแลคซีแห่งอื่นๆ ให้ดีขึ้นด้วย Ann-Marie Madigan นักวิทยาศาสตร์ที่ JILA ซึ่งเป็นสถาบันวิจัยร่วมระหว่างซียู โบลเดอร์ กับสถาบันเพื่อมาตรฐานและเทคโนโลจีแห่งชาติ(NIST) กล่าวว่า เมื่อนักวิทยาศาสตร์มองดูอันโดรเมดา ก็คาดว่าจะได้เห็นหลุมดำมวลมหาศาลที่ล้อมรอบด้วยกระจุกดาวที่ค่อนข้างสมมาตร แต่พวกเขากลับพบกระจุกที่เรียวกองไปด้านหนึ่งแทน ขณะนี้ เธอและเพื่อนร่วงานคิดว่าพวกเขามีคำอธิบายแล้ว

     ในช่วงทศวรรษ 1970 นักวิทยาศาสตร์ได้ส่งบอลลูนลอยสูงขึ้นไปในชั้นบรรยากาศโลกเพื่อมองอันโดรเมดาในช่วงอุลตราไวโอเลต กล้องฮับเบิลก็ติดตามผลการสำรวจริเริ่มเหล่านั้นในช่วงทศวรรษ 1990 และได้นำส่งการค้นพบที่น่าประหลาดใจ กาแลคซีอันโดรเมดาก็เหมือนกับทางช้างเผือกของเรา มันมีรูปร่างเหมือนกังหันขนาดยักษ์ แต่พื้นที่ที่อุดมไปด้วยดาวใกล้กับใจกลางของกังหัน กลับดูไม่เป็นอย่างที่ควรเป็น กล่าวคือ วงโคจรของดาวเหล่านี้มีรูปร่างรีไข่ที่ประหลาด ราวกับใครสักคนไปยืดฟากหนึ่งออก

ภาพกาแลคซีอันโดรเมดา แสดงแกนกลางที่เป็นดิสก์รอบหลุมดำมวลมหาศาล ภาพขวาบนจาก WFC2 แสดงเหมือน M31 มีแกนกลางสองแห่ง แต่นักดาราศาสตร์คิดว่ามีเพียงแกนเดียว แต่กลุ่มสว่าง 2 จุดที่เห็นแท้จริงแล้วเป็นวงแหวนดาวฤกษ์สีแดง และดิสก์ของดาวสีฟ้าอายุน้อย ซึ่งฝังตัวอยู่ในวงแหวนดาวสีแดงขนาดใหญ่กว่าอีกที 

     และไม่มีใครทราบว่าเป็นเพราะอะไร Madigan กล่าว นักวิทยาศาสตร์เรียกรูปแบบเหล่านั้นว่า ดิสก์นิวเคลียสทรงรี(eccentric nuclear disk) ในการศึกษาใหม่ ทีมใช้แบบจำลองเสมือนจริงคอมพิวเตอร์เพื่อตามรอยสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อหลุมดำมวลมหาศาลสองแห่งชนเข้าด้วยกัน อันโดรเมดาน่าจะก่อตัวขึ้นจากการควบรวมคล้ายๆ กันเมื่อหลายพันล้านปีก่อน จากการคำนวณของทีม การควบรวมได้สร้างแรงที่สามารถบิดและดึงวงโคจรของดาวใกล้ใจกลางกาแลคซีได้ สร้างเป็นรูปแบบที่เรียวยาว

     เมื่อกาแลคซีควบรวมกัน หลุมดำมวลมหาศาลของพวกมันก็จะเข้ามาใกล้กันและต่อมาก็กลายเป็นหลุมดำเดี่ยวแห่งเดียว Tatsuya Akiba ผู้เขียนนำการศึกษา และนักศึกษาสาขาดาราศาสตร์ฟิสิกส์ กล่าว เราต้องการจะทราบว่า แล้วผลที่ตามมาเป็นอย่างไร เขากล่าวเพิ่มว่าการค้นพบของทีมช่วยเผยให้เห็นถึงแรงบางอย่างที่อาจจะขับเคลื่อนความหลากหลายของกาแลคซีราว 2 ล้านล้านแห่งในเอกภพทุกวันนี้ บางส่วนก็มีรูปร่างเป็นกังหันเหมือนทางช้างเผือก แต่บางส่วนก็ดูคล้ายลูก(อเมริกัน) ฟุตบอล หรือก้อนรูปร่างประหลาด

     การควบรวมอาจจะมีบทบาทสำคัญในการปรับแต่งรูปร่างของดาว Akiba บอกว่าเมื่อกาแลคซีชนกัน หลุมดำที่ใจกลางก็อาจจะเริ่มหมุนวนรอบกันและกัน เคลื่อนที่เร็วขึ้นเรื่อยๆ จนกระทั่งพวกมันชนกัน ในกระบวนการนี้ พวกมันจะเปล่งคลื่นความโน้มถ่วง
(gravitational waves) ระลอกมหึมาออกมา คลื่นความโน้มถ่วงเหล่านั้นจะพาโมเมนตัมออกมาจากหลุมดำที่เหลืออยู่ และคุณก็จะได้แรงกระดอนกลับ(recoil) เหมือนกับการถีบของปืนสั้น

ภาพจากศิลปินแสดงคลื่นความโน้มถ่วง ซึ่งเป็นระลอกบนผืนกาลอวกาศ ที่เกิดจากวัตถุมวลสูงมีการเคลื่อนที่อย่างรวดเร็ว ในกรณีนี้เป็นหลุมดำสองแห่งที่กำลังหมุนวนเข้าหากันด้วยระยะทางที่สั้นลงเรื่อยๆ จนกระทั่งชนและควบรวมกันกลายเป็นหลุมดำแห่งเดียวในที่สุด

     เขาและ Madigan ต้องการจะทราบว่าการกระดอนกลับลักษณะนั้นส่งผลต่อดาวภายในระยะทาง 1 พาร์เซค(3.26 ปีแสง หรือราว 30 ล้านล้านกิโลเมตร) ในใจกลางกาแลคซีอย่างไร อันโดรเมดาซึ่งสามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าจากโลก มีความกว้างหลายหมื่นพาร์เซคจากฟากหนึ่งสู่อีกฟากหนึ่ง ทั้งคู่ใช้คอมพิวเตอร์เพื่อสร้างแบบจำลองใจกลางกาแลคซีปลอมที่มีดาวหลายร้อยดวง จากนั้นก็ผลักหลุมดำในใจกลาง เพื่อจำลองการกระดอนกลับจากคลื่นความโน้มถ่วง

     Madigan อธิบายว่าคลื่นความโน้มถ่วงที่สร้างจากการชน(ของหลุมดำ) ไม่ได้ส่งผลต่อดาวในกาแลคซีโดยตรง แต่การกระดอนกลับจะเหวี่ยงหลุมดำมวลมหาศาลที่เหลืออยู่ด้วยความเร็วถึงหลายล้านกิโลเมตรต่อชั่วโมง ถือว่าเยอะสำหรับวัตถุที่มีมวลหลายล้านจนถึงหลายพันล้านเท่ามวลดวงอาทิตย์ ถ้าคุณเป็นหลุมดำมวลมหาศาล และคุณเริ่มเคลื่อนที่ด้วยความเร็วหลายพันกิโลเมตรต่อวินาที คุณก็อาจจะหนีออกจากกาแลคซีต้นสังกัดได้เลย Madigan กล่าว

ภาพกราฟฟิคแสดงวงโคจรของดาวรอบหลุมดำมวลมหาศาลแห่งหนึ่งก่อน(ซ้าย) และหลัง(ขวา) เกิดแรงถีบความโน้มถ่วงกระดอนกลับ

     อย่างไรก็ตาม เมื่อหลุมดำไม่สามารถหนีออกมา ทีมได้พบว่าพวกมันอาจจะสร้างความวุ่นวายโดยดึงวงโคจรของดาวฤกษ์ที่อยู่รอบๆ เป็นสาเหตุให้วงโคจรเหล่านั้นเริ่มยืดออกมา ผลที่ได้ก็จะดูคล้ายกับรูปร่างที่นักวิทยาศาสตร์พบเห็นในใจกลางอันโดรเมดาอยู่ไม่น้อย Madigan และ Akiba บอกว่าพวกเขาต้องการจะขยายแบบจำลองเสมือนจริง เพื่อที่จะสามารถเปรียบเทียบแบบจำลองกับแกนกลางกาแลคซีของจริงได้โดยตรง ซึ่งมีดาวอยู่มากกว่านั้นหลายเท่าตัว

     พวกเขาบอกว่าการค้นพบอาจจะช่วยนักวิทยาศาสตร์ให้เข้าใจสิ่งที่เกิดขึ้นอย่างไม่ปกติกับวัตถุต่างๆ ในเอกภพ เช่น ดาวเคราะห์ที่โคจรรอบวัตถุพิศวงอย่าง ดาวนิวตรอน แนวคิดก็คือ ถ้าคุณอยู่ในวงโคจรรอบวัตถุที่ใจกลางดวงหนึ่ง และวัตถุนั้นจู่ๆ ก็หนีออกไป ก็สามารถลดขนาดลงเพื่อตรวจสอบระบบที่แตกต่างได้จำนวนมาก Madigan กล่าว

    

แหล่งข่าว Colorado.edu : gravitational “kick” may explain the strange shape at the center of Andromeda
                sciencealert.com : there’s a weird shape in the middle of Andromeda, and astronomers finally know why