หลุมดำยักษ์คู่ที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุด

 

ภาพระยะประชิดแสดงหลุมดำมวลมหาศาลคู่ที่อยู่ใกล้ที่สุด

     ด้วยการใช้กล้องโทรทรรศน์ใหญ่มาก(VLT) นักดาราศาสตร์ได้เผยให้เห็นหลุมดำมวลมหาศาลคู่ที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุดเท่าที่เคยสำรวจพบมา วัตถุทั้งสองยังมีระยะห่างที่น้อยกว่าหลุมดำมวลมหาศาลคู่อื่นๆ ที่เคยพบก่อนหน้านี้ และสุดท้ายก็น่าจะควบรวมกลายเป็นหลุมดำยักษ์แห่งเดียว

     คู่หลุมดำมวลมหาศาล(supermassive black holes) พบอยู่ใน NGC 7727 ในกลุมดาวคนแบกหม้อน้ำ(Aquarius) ซึ่งอยู่ห่างออกไปราว 89 ล้านปีแสง แม้ว่าอาจจะดูห่างไกล แต่มันก็ทำลายสถิติก่อนหน้านี้ที่ 470 ล้านปีแสงไปได้อย่างราบคาบ

     หลุมดำมวลมหาศาล พบได้ในใจกลางกาแลคซีขนาดใหญ่ และเมื่อกาแลคซีลักษณะนั้นสองแห่งมาชนและควบรวมกัน หลุมดำก็จะชนกันด้วยในที่สุด คู่ใน NGC 7727 ทำลายสถิติระยะห่างระหว่างกัน โดยมันอยู่ห่างกันเพียง 1600 ปีแสงเท่านั้น Karina Voggel นักดาราศาสตร์ที่หอสังเกตการณ์สตราสบวร์ก ในฝรั่งเศส และผู้เขียนนำรายงาน กล่าวว่า นี่เป็นครั้งแรกที่เราได้พบหลุมดำมวลมหาศาลสองแห่งซึ่งอยู่ใกล้กันและกันอย่างนี้ ไม่ถึงครึ่งหนึ่งของผู้ยึดครองสถิติก่อนหน้านี้ ระยะห่างที่ไม่มากและความเร็วของหลุมดำทั้งสองบ่งชี้ว่าพวกมันจะควบรวมกันกลายเป็นหลุมดำยักษ์แห่งเดียว บางทีอาจจะในอีก 250 ล้านปีข้างหน้า Holger Baumgardt ผู้เขียนร่วม ศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัยควีนสแลนด์ ออสเตรเลีย กล่าวเสริม เมื่อหลุมดำคู่นี้ชนกันจะปล่อยคลื่นความโน้มถ่วง(gravitational waves) ที่ทรงพลังออกมา

     เมื่อสามปีก่อน ทีมที่นำโดย Francois Schweizer จากหอสังเกตการณ์คาร์เนกี ได้รายงานกระจุกของดาวสีฟ้าที่อยู่กันอย่างแออัดในพื้นที่แคบๆ เอียงจากใจกลางที่สว่างของ NGC 7727 ไปเล็กน้อย สิ่งที่เหมือนจะเป็น นิวเคลียสแห่งที่สอง ได้ผลิตรังสีเอกซ์สลัวออกมา ชักนำให้ Schweizer และทีมบอกว่า มันอาจเป็นแกนกลางที่ถูกเปลือยออกของกาแลคซีขนาดเล็กแห่งหนึ่ง ที่มีหลุมดำในใจกลางที่ค่อนข้างมีกิจกรรมพอสมควร ซึ่งควบรวมกับ NGC 7727 เมื่อราว 2 พันล้านปีก่อน

หลุมดำมวลมหาศาลคู่ในแบบมุมกว้างและมุมแคบ

     Voggel และทีมได้ตรวจสอบมวลของ “นิวเคลียสทั้งสอง” ว่าเป็นหลุมดำ โดยการตรวจสอบว่าแรงโน้มถ่วงของพวกมันส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของดาวฤกษ์รอบๆ พวกมันอย่างไร หลุมดำที่มีขนาดใหญ่กว่าซึ่งอยู่ในแกนกลางของกาแลคซี NGC 7727 พอดี พบว่ามีมวลเกือบ 154 ล้านเท่าดวงอาทิตย์ ในขณะที่หลุมดำข้างๆ มีมวลราว 6.3 ล้านเท่าดวงอาทิตย์ นี่เป็นครั้งแรกที่มีการตรวจสอบมวลของหลุมดำมวลมหาศาลคู่ในลักษณะนี้ ซึ่งเกิดขึ้นได้ต้องขอบคุณระบบที่อยู่ใกล้กับโลก และการสำรวจในรายละเอียดซึ่งทีมได้จากหอสังเกตการณ์พารานัล ในชิลี โดยใช้ MUSE บนกล้อง VLT ซึ่งเป็นเครื่องมือที่ Voggel เคยทำงานด้วยสมัยที่เธอยังเป็นนักศึกษาที่ ESO MUSE มีความละเอียดที่สูงมากได้ให้สเปคตรัมของทุกๆ พิกเซลซึ่งมีขนาด 0.025 อาร์ควินาทีในพื้นที่สำรวจ ช่วยให้ตรวจสอบความเร็วในตำแหน่งที่ใกล้กับหลุมดำอย่างมากได้ ซึ่งจะคำนวณมวลหลุมดำได้ การตรวจสอบมวลด้วย MUSE และข้อมูลเพิ่มเติมจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล ช่วยให้ทีมได้ยืนยันว่าวัตถุใน NGC 7727 แท้จริงแล้วเป็นหลุมดำมวลมหาศาล(supermassive black holes) จริง

     นักดาราศาสตร์สงสัยว่ากาแลคซีแห่งนี้มีหลุมดำสองแห่ง แต่พวกเขาก็ไม่เคยจะยืนยันการมีอยู่ได้จนกระทั่งบัดนี้ เนื่องจากเราไม่พบการแผ่รังสีพลังงานสูงที่มาจากสภาพแวดล้อมใกล้กับคู่นี้มากนัก ทีมของ Voggel ใช้คำว่า หลุมดำทั้งสอง(dual) แต่ไม่ใช่ระบบคู่(binary) เนื่องจากหลุมดำทั้งสองยังไม่ได้ยึดเกาะกันด้วยแรงโน้มถ่วงแต่อย่างใด การเคลื่อนที่ของมันกลับถูกกำกับโดยมวลรวมของพื้นที่แกนกลางกาแลคซีแทน การค้นพบของเราจึงบอกว่าอาจจะมีซากของการควบรวมของกาแลคซีเหล่านี้อีกมากมาย และพวกมันก็อาจจะมีหลุมดำขนาดใหญ่ที่ซ่อนอยู่มากมาย ซึ่งยังคงรอคอยการค้นพบ Voggelกล่าว มันน่าจะเพิ่มจำนวนของหลุมดำมวลมหาศาลที่พบในเอกภพท้องถิ่นขึ้นได้อีก 30%

     การสำรวจหาคู่หลุมดำมวลมหาศาลที่ซ่อนอยู่ลักษณะคล้ายๆ กันคาดว่าจะมีความคืบหน้าครั้งใหญ่ด้วย ELT
(Extremely Large Telescope) ของ ESO ซึ่งจะเริ่มทำงานในปลายทศวรรษนี้ ในทะเลทรายอะตาคามา ของชิลี Steffen Mieske ผู้เขียนร่วม นักดาราศาสตร์ที่ ESO และหัวหน้าส่วนการดำเนินงานวิทยาศาสตร์พารานัล ESO กล่าวว่า การตรวจจับคู่หลุมดำมวลมหาศาลนี้ยังเพิ่งเริ่มต้นเท่านั้น ด้วยเครื่องมือ HARMONI บน ELT เราจะสามารถทำการตรวจจับลักษณะคล้ายอย่างนี้แต่อยู่ไกลออกไปได้ ELT จะมีความเหมาะสมที่ใช้เพื่อให้เข้าใจวัตถุเหล่านี้ งานวิจัยนี้เผยแพร่เป็นรายงานชื่อเรื่องว่า “First Direct Dynamical Detection of a Dual Super-Massive Black Hole System at sub-kpc Seperation” ใน Astronomy & Astrophysics

แหล่งข่าว eso.int : ESO Telescope uncovers closest pair of supermassive black holes yet
                skyandtelescope.com : nearest supermassive black hole pair discovered