หลุมดำโดดเดี่ยวในทางช้างเผือก

 

     ในกาแลคซีทางช้างเผือกของเรา น่าจะมีหลุมดำถึงหนึ่งร้อยล้านแห่ง แต่ส่วนใหญ่จะมีมวลพอๆ กับดวงอาทิตย์ แม้ในความเป็นจริงกระทั่งแสงก็ยังหนีออกมาไม่ได้ ทำให้ยากที่จะค้นหาหลุมดำ โดยทั่วไป จะพบหลุมดำได้ผ่านการควบรวมหรือปฏิสัมพันธ์กับดาวฤกษ์ แต่ขณะนี้ นักดาราศาสตร์ได้พบหลุมดำแห่งหนึ่งที่อยู่เพียงลำพัง เป็นหลุมดำโดดเดี่ยวแห่งแรกที่เคยพบมา

     ในรายงานที่เสนอต่อ Astrophysical Journal และรอการทบทวนโดยผู้รู้เสมอกัน(peer-review) นักดาราศาสตร์ได้อธิบายการค้นพบหลุมดำโดดเดี่ยวแห่งหนึ่งที่อยู่ไกลออกไปราว 5 พันปีแสง ต้องขอบคุณปรากฏการณ์ประหลาดเลนส์ความโน้มถ่วงแบบจุลภาค(gravitational microlensing) เมื่อแรงโน้มถ่วงบิดห้วงกาลอวกาศ วัตถุที่มีความหนาแน่นสูงขึ้นเท่าใด แรงโน้มถ่วงก็ยิ่งรุนแรงมากตามไปด้วย และเมื่อวัตถุในคำถามนั้นมีความหนาแน่นสูงอย่างหลุมดำ การบิดห้วงกาลอวกาศก็จะรุนแรงมากจนมันทำหน้าที่เสมือนเป็นเลนส์ ขยายและรบกวนแหล่งแสงที่อยู่ด้านหลังมัน นั้นเป็นวิธีที่ช่วยให้พบวัตถุ แต่เมื่อมันอยู่ห่างกันหลายปีแสง ผลที่เกิดขึ้นจึงน้อยและต้องตรวจสอบแสงและตำแหน่งของดาวอย่างละเอียดละออ

เลนส์ความโน้มถ่วงแบบจุลภาค

      เหตุการณ์เลนส์แบบจุลภาคก่อนหน้านี้ ได้นำไปสู่การตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบ(exoplanet) และดาวที่สลัวเกินกว่าจะมองเห็นได้ มีโครงการสำรวจที่ตั้งขึ้นเพื่อจับตาดูท้องฟ้าได้ตรจสอบเลนส์จุลภาคหลายพันเหตุการณ์ต่อปี ซึ่งเกือบทั้งหมดเป็นดาวฤกษ์ที่เคลื่อนผ่านหน้าดาวฤกษ์อีกดวงซึ่งก็ไม่ใช่เรื่องที่สร้างความประหลาดใจเลย เมื่อพิจารณาว่ามีดาวอยู่มากมายแค่ไหน

     และในวันที่ 2 มิถุนายน 2011 การสำรวจเลนส์จุลภาคสองโครงการคือ OGLE(Optical Gravitational Lensing Experiment) และ MOA(Microlensing Observations in Astrophysics) ต่างก็บันทึกเหตุการณ์เลนส์แบบจุลภาคซึ่งเกิดขึ้นรุนแรงที่สุดในวันที่ 20 กรกฎาคม ไม่เพียงแต่มันจะเกิดยาวนานจนไม่ปกติ คือราว 270 วัน แต่ยังแสดงกำลังขยายแสงที่สูงมาก

เหตุการณ์เลนส์แบบจุลภาค MOA-11-191/OGLE-11-0462 ตามที่กล้องฮับเบิลได้สำรวจพบ

      ทีมนานาชาติที่นำโดย Kailash Sahu จากสถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศ ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลและหอสังเกตการณ์ภาคพื้นดินได้ศึกษาติดตามผลดาวฤกษ์ดวงหนึ่งที่อยู่ในทิศทางใจกลางทางช้างเผือก การตรวจสอบวัตถุนี้อย่างแม่นยำซึ่งทำใน 8 วาระตลอด 6 ปีได้แสดงถึงเหตุการณ์เลนส์จุลภาคที่มีกำลังขยายสูงซึ่งมีชื่อว่า MOA-2011-BLG191/OGLE-2011-BLG-0462 จะต้องเกิดขึ้นจากวัตถุที่พื้นหน้าที่มีความหนาแน่นสูง ทีมได้ประเมินว่าวัตถุมีมวลราว 7.1 บวกลบ 1.3 เท่ามวลดวงอาทิตย์ ซึ่งทำให้ขอบฟ้าสังเกตการณ์(event horizon) ของหลุมดำนี้มีความกว้างเพียง 42 กิโลเมตร ทีมยังแสดงว่าวัตถุนี้ไม่เปล่งแสงใดๆ เลย มวลที่ประเมินได้นั้นสูงกว่าช่วงมวลที่เป็นไปได้ของดาวนิวตรอนหรือดาวแคระขาว และการขาดแคลนการเปล่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าก็ชี้ให้เห็นถึงตัวการที่น่าตื่นเต้น เป็นหลุมดำโดดเดี่ยวที่กำลังเคลื่อนที่ไปในทางช้างเผือก

      แต่จริงๆ แล้ว มันไม่ได้แค่เคลื่อนที่ง่ายๆ มันกำลังโคจรไปรอบๆ แกนกลางทางช้างเผือก เหมือนกับระบบสุริยะและเนบิวลาอื่นๆ ในกาแลคซี มันเคลื่อนที่ในทางช้างเผือกด้วยความเร็วพิเศษอีก 45 กิโลเมตรต่อวินาที เมื่อเทียบกับดาวอื่นๆ ที่ระยะทางเดียวกัน นี่เป็นการตรวจสอบความเร็วในแนวขวาง(tranverse velocity) ดังนั้น การเคลื่อนที่เฉพาะ(proper motion; การเคลื่อนที่ในแบบสามมิติ) ของมันจึงน่าจะแตกต่างออกไป

ภาพจากฮับเบิลในฟิลเตอร์ F814W(I-band) แสดงพื้นที่ขนาด 800*800 ที่มี MOA-11-191/OGLE-11-0462 อยู่กลางภาพ ถ่ายในช่วงสิ้นสุดเหตุการณ์เดือนสิงหาคม 2017 ในวงสีเขียวเป็นดาวที่เป็นแหล่งแสงขณะนี้กลับสู่กำลังสว่างเดิม

     แต่แม้ว่าจะมีข้อจำกัดในการตรวจสอบ แต่ความเร็วนี้ก็บอกบางอย่างแก่เราได้ว่ามันเป็นหลุมดำวิ่งหนี(runaway black hole) การระเบิดซุปเปอร์โนวาที่สร้างหลุมดำแห่งนี้จะต้องดีดมันออกมาอย่างรุนแรง ส่งมันวิ่งข้ามทางช้างเผือก ในรายงาน

     ทีมเน้นว่าในขณะที่ก็ยากที่จะติดตามวัตถุนี้ แต่ก็มีโอกาสที่มันอาจจะปรากฏขึ้นในการสำรวจรังสีเอกซ์หรือคลื่นวิทยุห้วงลึก ที่น่าตื่นเต้นกว่านั้นก็คือ เมื่อหอสังเกตการณ์รุ่นต่อไป อย่าง หอสังเกตการณ์รูบิน(Vera C. Rubin Observatory) และกล้องโทรทรรศน์อวกาศโรมัน(Nancy Grace Roman Space Telescope) จะพร้อมทำงานในทศวรรษหน้า ก็น่าจะนำไปสู่การตรวจสอบเหตุการณ์เลนส์จุลภาคได้มากขึ้น และบางส่วนก็น่าจะเป็นหลุมดำโดดเดี่ยวอื่นๆ อีก การเข้าใจประชากรกลุ่มที่ชอบหลบกล้องในกาแลคซีของเราจะง่ายขึ้นมาก

แหล่งข่าว iflscience.com : first truly isolated black hole discovered in the Milky Way
                sciencealert.com : for the first time, a lone black hole has been found wandering the Milky Way