คู่หลุมดำที่กำลังควบรวมที่อยู่ใกล้ที่สุด

 

ภาพจากศิลปินแสดงช่วงปลายของการควบรวมกาแลคซี และหลุมดำในใจกลางที่เพิ่งค้นพบใหม่ 2 แห่ง หลุมดำคู่นี้อยู่ใกล้กันมากที่สุดเท่าที่เคยสำรวจพบในพหุความยาวคลื่น(multiple wavelengths)

     กาแลคซีมักจะชนกันและกันในกระบวนการที่เกิดช้าที่เรียกว่า การควบรวม หลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางกาแลคซีเองก็สามารถควบรวมได้เมื่อเวลาผ่านไป นักดาราศาสตร์ได้พบหลุมดำลักษณะดังกล่าว 2 แห่งที่ได้เจอกันและจะควบรวมกัน พวกมันยังไม่ได้ชนกันจริง แต่กลับกำลังกลืนก๊าซที่หมุนวนรอบๆ เป็นคู่หลุมดำมวลมหาศาลที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุดเท่าที่เคยพบมา

     พวกมันยังอยู่ห่างจากกันและกันเพียง 750 ปีแสงในกาแลคซีที่มีชื่อว่า UGC 4211 ซึ่งอยู่ห่างจากโลกออกไปเพียงราว 5 ร้อยล้านปีแสงในกลุ่มดาวปู(Cancer) ต้องขอบคุณพลังของเครือข่ายมิลลิเมตร/เสี้ยวมิลลิเมตรขนาดใหญ่อะตาคามา(ALMA) นักวิจัยจึงสามารถซูมเข้าไปในแกนกลางของกาแลคซีแห่งนี้ และพบหลุมดำสองแห่งที่กำลังกลืนกินก๊าซที่เป็นผลพลอยได้จากการควบรวมของกาแลคซีอย่างตะกละ และเมื่อหลุมดำยักษ์เหล่านี้กลืนกินวัสดุสารใกล้เคียงอย่างมูมมาม พวกมันจะเปล่งไอพ่นและลมรุนแรงออกมา สร้างเป็นนิวเคลียสกาแลคซีกัมมันต์(active galactic nucleus) ให้ ALMA ได้ตรวจพบ  

     แบบจำลองเสมือนจริงบอกว่าประชากรหลุมดำคู่เกือบทั้งหมดในกาแลคซีใกล้ๆ น่าจะจำศีลอยู่ เนื่องจากพวกมันมีมากกว่ามาก แต่ไม่ใช่หลุมดำที่กำลังเจริญเติบโตสองแห่งอย่างที่เราได้พบนี้ Michael Koss ผู้เขียนนำ นักวิทยาศาสตร์วิจัยอาวุโสที่ Eureka Scientific กล่าวในแถลงการณ์

     ALMA มีความอัตลักษณ์จนเราสามารถมองทะลุกลุ่มก๊าซและฝุ่นขนาดใหญ่ และเข้าถึงความละเอียดที่สูงมากจนได้เห็นสิ่งที่อยู่ใกล้กันมากๆ นี้ การศึกษาของเราได้จำแนกหนึ่งในคู่หลุมดำที่อยู่ใกล้ที่สุดในกาแลคซีที่ควบรวมแห่งหนึ่ง และเนื่องจากเราทราบว่าในเอกภพยุคต้นเกิดการควบรวมของกาแลคซีได้บ่อยกว่า จึงอาจจะมีหลุมดำคู่เหล่านี้อยู่มากมายกว่าที่เคยคิดไว้

การสำรวจหลุมดำมวลมหาศาลสองแห่งที่เพิ่งพบใหม่ที่กำลังจะชนกัน กาแลคซีต้นสังกัดของพวกมัน(ซ้าย) เป็นซากจากความวุ่นวายเมื่อกาแลคซีสองแห่งชนกัน ช่องสีชมพูแสดงตำแหน่งของหลุมดำเหล่านี้ การสำรวจหลุมดำคู่ในระยะใกล้(ขวา) เผยให้เห็นหลุมดำสองแห่งอย่างชัดเจน(จุดสีขาว) ซึ่งอยู่ห่างกันและกันเพียง 750 ปีแสงเท่านั้น

     การควบรวมของหลุมดำมวลมหาศาลยังเป็นกระบวนการที่ยุ่งยากซับซ้อนมาก พวกมันไม่ได้แค่เพียงชนกันหรือเข้าใกล้กันและกันอย่างอัตโนมัติ คู่ในการศึกษานี้น่าจะพบกับแรงเสียดทานพลวัตอันเนื่องจากก๊าซที่ล้อมรอบพวกมัน ซึ่งทำให้พวกมันสูญเสียพลังงานการโคจรและเข้าใกล้กันและกันมากขึ้นเรื่อยๆ ตลอดช่วงหนึ่งแสนปีที่ผ่านมา แต่ระยะทางอีกไม่กี่ปีแสงท้ายๆ จะช่วยเวลายาวนานกว่า ดาวและก๊าซที่เหลืออยู่จะช่วยผลักพวกมันเข้าหากันอย่างช้ามากๆ น่าจะเกือบ 180 ล้านปี

     และต่อเมื่อพวกมันใกล้กันมาก ที่ผลจากคลื่นความโน้มถ่วงจะมากพอที่จะชักนำพวกมันให้ชนกัน อย่างไรก็ตาม ถ้าคู่ลักษณะนี้มีอยู่ทั่วไป พวกเราก็จะตรวจจับเหตุการณ์เหล่านี้ได้มากมายด้วยหอสังเกตการณ์ในอนาคต

     Ezequiel Treister ผู้เขียนร่วม นักดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยคาทอลิคในชิลี กล่าวเสริมว่า ก็อาจจะมีคู่ของหลุมดำมวลมหาศาลที่กำลังโตอีกมากมาย ในใจกลางกาแลคซีที่เราไม่สามารถจำแนกได้เลย ถ้าเป็นกรณีนี้ ในอนาคตอันใกล้ เราก็จะสำรวจเหตุการณ์คลื่นความโน้มถ่วงที่เกิดจากการควบรวมโดยวัตถุเหล่านี้ได้บ่อยครั้ง

      การค้นพบนี้ยังเป็นการสำรวจจากโครงการวิจัยและกล้องโทรทรรศน์หลายแห่งในหลายช่วงความยาวคลื่น ใช้กล้องโทรทรรศน์ที่แตกต่างกันหลายตัวเพื่อให้เข้าใจคู่ที่น่าเหลือเชื่อนี้ให้ดีที่สุด Treister กล่าวว่า ในแต่ละช่วงความยาวคลื่นก็บอกเล่าส่วนที่แตกต่างกันในเรื่องราว ในขณะที่การถ่ายภาพช่วงตาเห็นจากภาคพื้นดินได้แสดงให้เห็นถึงกาแลคซีที่กำลังควบรวมกันโดยรวม กล้องฮับเบิลเผยให้เห็นพื้นที่ใจกลางด้วยความละเอียดสูง การสำรวจในช่วงรังสีเอกซ์เผยให้เห็นว่ามีนิวเคลียสกาแลคซีกัมมันต์อย่างน้อยหนึ่งแห่งในระบบแห่งนี้ และ ALMA ก็แสดงให้เห็นตำแหน่งที่แน่ชัดของหลุมดำมวลมหาศาลสองแห่งที่กำลังหิวโหยและเจริญเติบโต

ภาพจาก VLT ผ่านอุปกรณ์ MUSE ภาพซ้ายแสดงกาแลคซี UGC 4211 ในสภาพที่มีแถบฝุ่นปกคลุมแสงดาวไว้ ภาพขวาแสดงการเปล่งคลื่นจากออกซิเจน, ไนโตรเจนและไฮโดรเจน เป็นสีฟ้า, เขียว และแดง ตามลำดับ สีแดงระบุพื้นที่การก่อตัวดาว และพื้นที่ใจกลางสีขาวสว่างระบุการมีอยู่ของหลุมดำมวลมหาศาลสองแห่งที่กำลังกลืนกินวัสดุสารจากรอบๆ

     ข้อมูลทั้งหมดเหล่านี้ช่วยให้เรามีภาพที่ชัดเจนขึ้นว่า กาแลคซีอย่างทางช้างเผือกของเราเปลี่ยนแปลงมาเป็นแบบที่มันเป็นในปัจจุบันได้อย่างไร และในอนาคตมันจะเป็นอย่างไรต่อไป การค้นพบเผยแพร่ใน Astrophysical Journal Letters วันที่ 9 มกราคม และนำเสนอในการแถลงข่าวการประชุมสมาคมดาราศาสตร์อเมริกัน ครั้งที่ 241 ที่ซีแอตเติล วอชิงตัน

แหล่งข่าว iflscience.com : supermassive black holes spotted feeding side by side in nearby galaxy
                space.com : hungry black holes trapped in an intimate dance feast on leftovers from a galactic merger