หลุมดำยักษ์ในกาแลคซีแคระ Leo I

 

นักดาราศาสตร์ที่หอสังเกตการณ์แมกโดนัลด์ได้พบว่า Leo I(ภาพเล็ก) กาแลคซีบริวารขนาดจิ๋วแห่งหนึ่งของทางช้างเผือก(ภาพหลัก) มีหลุมดำแห่งหนึ่งซึ่งมีขนาดใหญ่ใกล้เคียงกับหลุมดำของทางช้างเผือก Leo I นั้นมีขนาดเล็กกว่าทางช้างเผือกราว 30 เท่า

     นักดาราศาสตร์ที่หอสังเกตการณ์แมกโดนัลด์ มหาวิทยาลัยเทกซัส ออสติน ได้พบหลุมดำขนาดใหญ่ผิดปกติที่ใจกลางของกาแลคซีแคระบริวารแห่งหนึ่งของทางช้างเผือกซึ่งเรียกว่า Leo I หลุมดำผิดปกตินี้มีขนาดพอๆ กับหลุมดำในใจกลางกาแลคซีของเรา การค้นพบนี้น่าจะปรับแต่งความเข้าใจว่ากาแลคซีทั้งหมดซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักในเอกภพนั้น พัฒนาอย่างไร งานศึกษานี้เผยแพร่ใน Astrophysical Journal ฉบับล่าสุด

     ทีมตัดสินใจศึกษา Leo I ก็เพราะความแปลกประหลาดของมัน มันไม่เหมือนกับกาแลคซีแคระเกือบทั้งหมดที่ห้อมล้อมทางช้างเผือก Leo I ไม่ได้มีสสารมืดอยู่มากนัก นักวิจัยตรวจสอบสสารมืดของกาแลคซี ซึ่งบอกว่าความหนาแน่นของสสารมืดมีการเปลี่ยนแปลงจากขอบนอกของกาแลคซี ตลอดทางจนถึงใจกลาง อย่างไรบ้าง ซึ่งทำโดยการตรวจสอบแรงโน้มถ่วงที่มีต่อดาวฤกษ์ ยิ่งดาวเคลื่อนที่เร็วเท่าใด ก็ยิ่งมีสสารห้อมล้อมในเส้นทางโคจรของพวกมันมากตามไปด้วย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ทีมต้องการจะทราบว่าความหนาแน่นของสสารมืดเพิ่มขึ้นตามความใกล้ศูนย์กลางกาแลคซีหรือไม่ พวกเขายังต้องการจะทราบว่าการตรวจสอบของพวกเขาสอดคล้องกับการตรวจสอบก่อนหน้านี้ที่ทำโดยใช้ข้อมูลเก่าจากกล้องโทรทรรศน์ร่วมกับแบบจำลองคอมพิวเตอร์หรือไม่

     ทีมซึ่งนำโดย Maria Jose Bustamante นักศึกษาปริญญาเอกที่เทกซัส ออสติน ทีมยังประกอบด้วย Eva Noyota, Karl Gebhardt และ Greg Zeimann นักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเทกซัสเองและ เพื่อนร่วมงานจากสถาบันมักซ์พลังค์เพื่อฟิสิกส์นอกโลก(MPE) ในเจอรมนี สำหรับการสำรวจ พวกเขาใช้เครื่องมือชิ้นหนึ่งที่มีอัตลักษณ์ที่เรียกว่า VIRUS-W บนกล้องโทรทรรศน์ ฮาร์ลัน เจ สมิธ ขนาด 2.7 เมตรที่หอสังเกตการณ์แมกโดนัลด์

     เมื่อทีมป้อนข้อมูลที่ปรับปรุงแล้วกับแบบจำลองที่เหมาะสม เข้าสู่ซุปเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ ศูนย์การคำนวณชั้นสูงเทกซัส ที่มหาวิทยาลัยเทกซัส ออสติน พวกเขาก็ได้ผลสรุปออกมา แบบจำลองเตือนว่าคุณต้องมีหลุมดำในใจกลาง คุณไม่ต้องมีสสารมืดจำนวนมากก็ได้ Gebhardt กล่าว คุณมีกาแลคซีขนาดเล็กมากแห่งหนึ่งที่กำลังพุ่งเข้าหาทางช้างเผือก และหลุมดำของมันก็มีขนาดพอๆ กับหลุมดำของทางช้างเผือก(หลุมดำของ Leo I มีมวลราว 3 ล้านเท่า เทียบกับ Sagittarius A* หลุมดำทางช้างเผือกที่มีมวลประมาณ 4.15 ล้านเท่าดวงอาทิตย์) อัตราส่วนมวลนั้นสูงลิ่วมาก ทางช้างเผือกก็ใหญ่แล้ว แต่หลุมดำของ Leo I ก็แทบจะพอๆ กัน

กล้องโทรทรรศน์ฮาร์ลัน เจ สมิธ ขนาด 2.7 เมตรที่หอสังเกตการณ์แมกโดนัลด์ ของมหาวิทยาลัยเทกซัส ที่ออสติน

     นักวิจัยบอกว่าผลสรุปนี้แตกต่างจากการศึกษา Leo I ก่อนหน้านี้อันเนื่องจากการรวมข้อมูลที่ดีขึ้นและแบบจำลองเสมือนจริงซุปเปอร์คอมพิวเตอร์ พื้นที่ใจกลางที่หนาแน่นของกาแลคซีแห่งนี้แทบจะไม่เคยถูกสำรวจในการศึกษาก่อนหน้านี้ ซึ่งมุ่งเป้าไปที่ความเร็วของดาวแต่ละดวงเพียงไม่กี่ดวง แต่การศึกษาปัจจุบันได้แสดงว่าสำหรับความเร็ว(ของดาว) แต่ละดวงที่เคยทำในอดีตนั้น มีความลำเอียงไปทางความเร็วต่ำ ซึ่งความเร็วต่ำจะลดปริมาณของสสารที่เรียงรายภายในวงโคจรของพวกมัน

     ข้อมูลใหม่มุ่งเป้าไปที่พื้นที่ใจกลางและไม่ได้รับผลจากความลำเอียงนี้ ปริมาณของสสารที่ถูกปิดล้อมอยู่ภายในวงโคจรดาว จึงพุ่งสูงขึ้นพรวด การค้นพบนี้น่าจะเขย่าความเข้าใจของนักดาราศาสตร์เกี่ยวกับวิวัฒนาการกาแลคซี เมื่อไม่มีคำอธิบายใดๆ ให้กับหลุมดำชนิดนี้ในกาแลคซีแคระมาก่อน Bustamante กล่าว

     ผลสรุปยังมีความสำคัญยิ่งขึ้นไปอีกเมื่อนักดาราศาสตร์ใช้กาแลคซีอย่าง Leo I ที่เรียกว่า dwarf spheroidal galaxies เพื่อเข้าใจว่าสสารมืดกระจายอยู่ภายในกาแลคซีอย่างไรมาถึง 20 ปีแล้ว Gebhardt กล่าวเสริม

     ถ้ามวลของหลุมดำ Leo I สูงแบบนี้ มันก็อาจจะอธิบายว่าหลุมดำเจริญในกาแลคซีขนาดใหญ่ได้อย่างไร Gebhardt กล่าว นั้นเป็นเพราะเมื่อเวลาผ่านไป กาแลคซีขนาดเล็กอย่าง Leo I จะตกเข้าหากาแลคซีขนาดใหญ่กว่า หลุมดำของกาแลคซีขนาดเล็กก็จะควบรวมกับหลุมดำในกาแลคซีขนาดใหญ่ เพิ่มมวลขึ้น ซึ่งการควบรวมของหลุมดำแบบใหม่นี้ก็จะส่งสัญญาณออกมาให้หอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงได้สำรวจหา

Leo I กับ เรกูลัส(Regulus) ดาวหัวใจสิงห์ ซึ่งเป็นดาวฤกษ์สว่างในกลุ่มดาวสิงห์(Leo) credit: Chris Cook apod.nasa.gov 

     VIRUS-W ซึ่งสร้างโดยทีม MPE ในเจอรมนี เป็นเครื่องมือเพียงชิ้นเดียวบนโลกในขณะนี้ที่สามารถทำการศึกษาคุณสมบัติของสสารมืดในลักษณะนี้ได้ ทีมหวังว่าจะได้ทำการสำรวจกาแลคซีขนาดเล็กอื่นๆ รอบทางช้างเผือกอีก เพื่อศึกษาคุณสมบัติสสารมืดและหลุมดำของพวกมัน Noyola บอกว่ามีกาแลคซีแคระในซีกฟ้าใต้หลายแห่งที่เป็นเป้าหมายที่ดี แต่ไม่มีกล้องโทรทรรศน์ในซีกโลกใต้ใดเลยที่มีเครื่องมือนี้ อย่างไรก็ตาม กล้องโทรทรรศน์มาเจลลันยักษ์(GMT) ซึ่งกำลังก่อสร้างในชิลี ส่วนหนึ่งถูกออกแบบมาให้ทำงานนี้ ซึ่งเทกซัส ออสตินเองก็เป็นพันธมิตรผู้ก่อตั้ง GMT ด้วย

แหล่งข่าว phys.org : astronomers discover strangely massive black hole in Milky Way satellite galaxy
                iflscience.com : surprisingly massive black hole discovered in galaxy next door