ช่องว่างทั้งสี่รอบหลุมดำยักษ์

 

     นักวิทยาศาสตร์ได้พบช่องว่างหรือฟองขนาดมหึมา 4 แห่งที่ใจกลางของกระจุกกาแลคซีแห่งหนึ่ง โดยใช้หอสังเกตการณ์รังสีเอกซ์จันทราของนาซา ชุดของรายละเอียดที่ไม่ปกตินี้อาจจะเกิดขึ้นจากการปะทุจากหลุมดำมวลมหาศาล 2 แห่งที่โคจรรอบกันและกันอย่างใกล้ชิด

     กระจุกกาแลคซี(galaxy cluster) เป็นโครงสร้างที่มีขนาดใหญ่ที่สุดในเอกภพที่ยึดเกาะเข้าด้วยกันด้วยแรงโน้มถ่วง โดยประกอบด้วยกาแลคซีที่มาอยู่รวมกันหลายร้อยจนถึงหลายพันแห่ง, ก๊าซร้อนจำนวนมหาศาล และสสารมืดที่มองไม่เห็น ก๊าซร้อนที่กระจายทั่วกระจุกมีมวลสูงกว่ามวลกาแลคซีทั้งหมดในกระจุกด้วยซ้ำ และเรืองสว่างในช่วงรังสีเอกซ์ที่กล้องจันทราตรวจจับได้ มักจะพบกาแลคซีขนาดยักษ์แห่งหนึ่งที่ใจกลางของกระจุกกาแลคซีเสมอ

     งานใหม่ของจันทราเป็นการศึกษากระจุกที่มีชื่อว่า RBS 797 ซึ่งอยู่ห่างออกไปประมาณ 3.9 พันล้านปีแสงจากโลก ได้พบช่องว่างคู่ 2 กลุ่มที่แผ่เลยออกจากใจกลางกระจุก ช่องว่าง(cavity) รังสีเอกซ์ชนิดนี้ถูกพบในกระจุกแห่งอื่นๆ มาก่อน นักวิทยาศาสตร์คิดว่าพวกมันเป็นผลจากการปะทุจากพื้นที่ใกล้ๆ หลุมดำมวลมหาศาล(supermassive black hole) ในใจกลางกาแลคซีมวลสูงที่ศูนย์กลางของกระจุก เมื่อสสารวิ่งออกจากหลุมดำในรูปของไอพ่นที่ยิงออกในทิศทางที่ตรงกันข้าม มันจะเป่าช่องว่างในก้อนก๊าซร้อน ความพิเศษของ RBS 797 ก็คือ มีไอพ่น 2 ชุดที่ชี้ในทิศทางที่ตั้งฉากซึ่งกันและกัน

RBS 797 เป็นกระจุกกาแลคซีซึ่งอยู่ห่างออกไปราว 3.9 พันล้านปีแสง ที่ใจกลางกระจุกแห่งนี้ กล้องจันทราได้พบช่องว่าง(cavities) หรือฟอง(bubbles) ขนาดใหญ่ 4 แห่ง จะมองไม่เห็นก๊าซร้อนที่ล้อมรอบกาแลคซีแต่ละแห่งในภาพช่วงตาเห็นนี้ แต่จะตรวจจับได้ในช่วงรังสีเอกซ์โดยจันทรา นักวิทยาศาสตร์ได้เห็นช่องว่างรังสีเอกซ์เช่นนี้หลายคู่ในกระจุกแห่ง
อื่นๆ แต่การพบ 4 ช่องในกระจุกแห่งเดียวเป็นสิ่งที่พบได้ยากมาก นักวิจัยคิดว่าช่องว่างทั้งสี่แสดงถึงกิจกรรมการปะทุของหลุมดำยักษ์คู่หนึ่งในใจกลางกระจุกนี้

    Francesco Ubertosi จากมหาวิทยาลัยโบโลญญา ในอิตาลี ซึ่งนำการศึกษาโดยจันทรา กล่าวว่า เราคิดว่าเราทราบว่าช่องว่างคู่หนึ่งจะแสดงถึงอะไร แต่กำลังเกิดอะไรขึ้นเมื่อกระจุกกาแลคซีมีช่องว่าง 2 คู่ในทิศทางที่แตกต่างกันมาก นักดาราศาสตร์เคยได้สำรวจช่องว่างคู่ที่อยู่ในทิศทางตะวันออก-ตะวันตกใน RBS 797 แต่คู่ในแนวเหนือ-ใต้ เพิ่งตรวจพบในการสำรวจใหม่จากจันทราที่ใช้เวลานานกว่า ภาพที่ลึกกว่าใช้เวลาสำรวจจันทราเกือบ 5 วัน เทียบกับประมาณ 14 ชั่วโมงในการสำรวจเดิม กล้องโทรทรรศน์ VLA(Very Large Array) ของมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ ได้สำรวจพบหลักฐานไอพ่น 2 คู่เป็นการแผ่รังสีวิทยุแล้ว ซึ่งก็เรียงตัวตามช่องว่างด้วย

     แล้วช่องว่างทั้งสี่แห่งนี้ถูกสร้างขึ้นได้อย่างไร คำตอบที่เป็นไปได้มากที่สุดก็คือ Ubertosi และเพื่อนร่วมงานบอกว่า RBS 797 มีหลุมดำมวลมหาศาลคู่หนึ่งที่ได้ยิงไอพ่นออกมาในทิศทางที่ตั้งฉากกันแทบจะในเวลาเดียวกัน ความคิดที่ดีที่สุดของเราก็คือมีหลุมดำมวลมหาศาลคู่หนึ่งที่นำไปสู่การสร้างช่องว่าง 2 คู่ Myriam Gitti ผู้เขียนร่วมจากโบโลญญา เช่นกัน กล่าว ในขณะที่เราคิดว่าหลุมดำมวลมหาศาลสามารถก่อตัวเป็นระบบคู่ได้ แต่ก็พบได้ยากมากๆ ที่จะพบทั้งคู่ในสถานะมีกิจกรรม ในลักษณะนี้การพบหลุมดำกัมมันต์(active black holes) สองแห่งที่อยู่ใกล้กันได้เป่าช่องว่างใน RBS 797 จึงเป็นเรื่องที่พิเศษอย่างมาก  

RBS 797 ในช่วงรังสีเอกซ์

     ในความเป็นจริง การสำรวจในช่วงวิทยุก่อนหน้านี้ด้วย European VLBI Network(EVN) ได้พบแหล่งวิทยุ 2 แห่งที่แยกห่างจากกันเพียง 250 ปีแสงเท่านั้นใน RBS 797 ถ้าทั้งสองแหล่งเป็นหลุมดำมวลมหาศาล พวกมันก็จะเป็นคู่ที่อยู่ใกล้กันมากที่สุดเท่าที่เคยพบมา หลุมดำทั้งสองน่าจะหมุนวนเข้าหากันและกันต่อไป สร้างคลื่นความโน้มถ่วงจำนวนมหาศาลออกมา และสุดท้ายก็ควบรวมกัน

     ยังมีคำอธิบายที่เป็นไปได้อีกอย่างสำหรับช่องว่างทั้งสี่ที่พบใน RBS 797 ลำดับเหตุการณ์นี้เกี่ยวข้องกับหลุมดำยักษ์เพียงแห่งเดียว ที่มีไอพ่นที่บางครั้งก็เปลี่ยนทิศทางได้ค่อนข้างเร็ว การวิเคราะห์ข้อมูลของจันทราได้แสดงว่าความต่างของอายุช่องว่างตะวันออก-ตะวันตก กับเหนือ-ใต้ นั้นไม่ถึง 10 ล้านปี ถ้ามีหลุมดำเพียงแห่งเดียวที่สร้างช่องว่างทั้งสี่ เราคงต้องตามรอยความเป็นมาของกิจกรรมของมันว่า การเรียงตัวของไอพ่นเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วได้อย่างไร และนี่เกี่ยวข้องกับสภาพแวดล้อมในกระจุกกาแลคซีหรือไม่ หรือเกี่ยวข้องกับฟิสิกส์ของหลุมดำเอง หรือกระทั่งรวมทั้งสองอย่าง Fibrizio Brighenti ผู้เขียนร่วมจากมหาวิทยาลัยโบโลญญา กล่าว รายงานอธิบายผลสรุปเผยแพร่ใน Astrophysical Journal Letters

RBS 797 ในช่วงวิทยุ  

แหล่งข่าว nasa.gov : astronomers spy quartet of cavities from giant black holes
                sci-news.com : Chandra spots four cavities in center of galaxy cluster