หลุมดำยักษ์ที่วิ่งหนี

 

ภาพจากศิลปินแสดงหลุมดำมวลดวงดาว(stellar mass black holes) คู่หนึ่งที่ฝังตัวอยู่ในดิสก์ก๊าซรอบหลุมดำมวลมหาศาล(supermassive black hole) แห่งหนึ่ง รายละเอียดที่คล้ายเงาสีเทารอบๆ หลุมดำเล็กแสดงภาพกาแลคซีที่ถูกบิดเบนผ่านเลนส์ความโน้มถ่วงบนดิสก์ ถ้าคุณพิจารณาที่หลุมดำโดยตรง จะเห็นแสงที่มาจากแสงดาวที่อยู่เหนือมัน

     นักดาราศาสตร์ได้พบหลุมดำมวลมหาศาลที่วิ่งหนีออกมาแห่งหนึ่ง ซึ่งดูเหมือนจะถูกผลักออกจากกาแลคซีบ้านเกิดของมัน และกำลังวิ่งผ่านห้วงอวกาศโดยมีสายโซ่ดาวห้อยท้ายตามมาด้วย

      จากงานวิจัยของทีมซึ่งเผยแพร่ในเวบก่อนตีพิมพ์ arXiv.org และเผยแพร่ใน Astrophysical Journal Letters การค้นพบนี้เป็นครั้งแรกที่ให้หลักฐานจากการสำรวจว่าหลุมดำมวลมหาศาล(supermassive black holes) อาจถูกผลักออกจากกาแลคซีบ้านเกิดของพวกมัน ออกมาเพ่นพล่านในห้วงอวกาศได้ นักวิจัยที่ค้นพบหลุมดำที่กำลังวิ่งหนีเป็นสายของแสงที่สว่าง ในขณะที่ใช้กล้องฮับเบิลเพื่อสำรวจกาแลคซีแคระ RCP 28 ซึ่งอยู่ห่างออกไปราว 7.5 พันล้านปีแสงจากโลก

      การสำรวจติดตามผลได้แสดงว่าสายแสงซึ่งมีความยาวมากกว่า 2 แสนปีแสง(ราวสองเท่าความกว้างของทางช้างเผือก) ซึ่งเคยคิดว่าเป็นก๊าซที่ถูกบีบอัดกำลังก่อตัวดาวอย่างคึกคัก ก๊าซที่ห้อยตามหลังหลุมดำซึ่งมีมวล 20 ล้านเท่าดวงอาทิตย์แห่งนี้และกำลังหนีออกจากกาแลคซีบ้านเกิดของมันด้วยความเร็ว 5.6 ล้านกิโลเมตรต่อชั่วโมง หรือราว 4500 เท่าความเร็วเสียง

     นักวิจัยบอกว่าสายแสงนั้นชี้ตรงไปที่ใจกลางกาแลคซีแห่งหนึ่ง ซึ่งโดยปกติจะเป็นที่อยู่ของหลุมดำมวลมหาศาล Pieter van Dokkum ผู้เขียนหลักรายงาน ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์และดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยเยล กล่าวว่า เราพบเส้นบางๆ ในภาพฮับเบิลที่กำลังชี้ไปที่ใจกลางกาแลคซีแห่งหนึ่ง ด้วยการใช้กล้องเคกในฮาวาย เราได้พบว่าเส้นบางกับกาแลคซีแห่งนี้มีความเชื่อมโยงกัน จากการวิเคราะห์รายละเอียดนี้แบบเจาะลึกไปอีก เราก็บอกได้ว่าเรากำลังได้เห็นหลุมดำที่มีมวลสูงแห่งหนึ่งซึ่งถูกผลักออกจากกาแลคซี ทิ้งรอยทางก๊าซและดาวที่เพิ่งก่อตัวขึ้นใหม่ไว้

ภาพจากฮับเบิลแสดงกาแลคซีแห่งหนึ่ง(ก้อนแสงด้านบนขวา) และเส้นแสงที่โผล่มา(พาดมาทางล่างซ้าย) นักวิจัยสงสัยว่าหลุมดำที่วิ่งหนี ได้สร้างคลื่นกระแทกที่สร้างดาวฤกษ์ใหม่ๆ ก่อตัวขึ้นตามหลังมันมา

     กาแลคซีขนาดใหญ่เกือบทุกแห่งจะมีหลุมดำมวลมหาศาลในใจกลาง หลุมดำที่มีกิจกรรมสูงมักจะยิงไอพ่นวัสดุสารออกมาด้วยความเร็วสูง ซึ่งอาจเห็นเป็นเส้นแสงที่บางครั้งก็ดูคล้ายกับสิ่งที่นักวิจัยได้เห็นนี้ แต่นั่นจะเรียกว่า ไอพ่นทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์(astrophysical jets) เพื่อตรวจสอบว่าเส้นแสงที่เห็นไม่ใช่ไอพ่นทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ van Dokkum และทีมสำรวจเส้นแสงและพบว่ามันไม่ได้แสดงร่องรอยใดๆ ของไอพ่นทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์เลย

     ในขณะที่ไอพ่นทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์จะมีพลังอ่อนลงเมื่อเคลื่อนที่ออกห่างจากแหล่งที่เปล่งไอพ่นออกมา แต่เส้นแสงจากสิ่งที่อาจเป็นหลุมดำนี้ กลับมีพลังงานสูงขึ้นเมื่อมันเคลื่อนออกห่างจากสิ่งที่ดูเหมือนจะเป็นกาแลคซีต้นกำเนิดของมัน นอกจากนี้ ไอพ่นทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่หลุมดำยิงออกมาจะขยายบานออก ในขณะนี้เส้นแสงนี้กลับยังเป็นเส้นเรียวตรง

     ทีมจึงสรุปว่าคำอธิบายที่สอดคล้องกับเส้นแสงนี้มากที่สุดก็คือ หลุมดำมวลมหาศาลแห่งหนึ่งที่ถูกยิงทะลุผ่านก๊าซที่ล้อมรอบกาแลคซี ในขณะที่ก็กระแทกก๊าซบีบอัดตัวสูงพอที่จะเหนี่ยวนำให้เกิดการก่อตัวดาวห้อยตามหลังมา van Dokkum กล่าวว่า ถ้ายืนยันจริง ก็น่าจะเป็นครั้งแรกที่เรามีหลักฐานอย่างชัดเจนว่าหลุมดำมวลมหาศาลก็หนีออกจากกาแลคซีได้

      และเมื่อยืนยันหลุมดำมวลมหาศาลที่วิ่งหนีออกมาได้ คำถามต่อไปที่นักดาราศาสตร์อยากจะตอบก็คือ แล้ววัตถุยักษ์อย่างนี้ถูกผลักออกจากกาแลคซีต้นสังกัดได้อย่างไร ลำดับเหตุการณ์ที่เป็นไปได้มากที่สุดที่อธิบายทุกๆ สิ่งที่เราเห็นในการดีดผลักแบบนี้ เกิดจากปฏิสัมพันธ์แบบวัตถุสามชิ้น(three-body interaction) van Dokkum กล่าว เมื่อวัตถุสามชิ้นที่มีมวลใกล้เคียงกัน มีปฏิสัมพันธ์ทางแรงโน้มถ่วง ปฏิสัมพันธ์จะไม่ทำให้เกิดความเสถียรแต่มักจะนำไปสู่การก่อตัวระบบคู่ และผลักวัตถุที่สามออกมา

     นี่อาจจะหมายความว่าหลุมดำที่วิ่งหนีนั้นครั้งหนึ่งเคยเป็นส่วนหนึ่งของระบบคู่หลุมดำมวลสูง และในระหว่างที่กาแลคซีกำลังควบรวมกัน ก็มีหลุมดำมวลสูงแห่งที่สามเข้ามาป้วนเปี้ยน จนเหวี่ยงหนึ่งในสอง(ซึ่งมักจะเป็นวัตถุที่มวลต่ำที่สุด) ออกไป นักดาราศาสตร์ยังไม่แน่ใจว่าหลุมดำยักษ์ที่วิ่งหนีนี้พบได้ทั่วไปแค่ไหน มีการทำนายหลุมดำมวลมหาศาลที่ถูกผลักออกมาตั้งแต่เมื่อ 50 ปีก่อนแต่ไม่มีใครที่เคยได้เห็นจริงๆ van Dokkum กล่าว แต่นักทฤษฎีเกือบทุกคนก็คิดว่าน่าจะมีมากอยู่

ภาพแสดงลำดับเหตุการณ์กำเนิดหลุมดำยักษ์ที่วิ่งหนี เริ่มจากกาแลคซี 2 แห่งควบรวมกัน(1) และหลุมดำของพวกมันก็จมลงสู่ใจกลาง(2) มีกาแลคซีอีกแห่งที่นำหลุมดำแห่งที่สามเข้ามา(3) ปฏิสัมพันธ์ของหลุมดำ(4) ผลักหนึ่งในนั้นออกในทิศทางหนึ่งและอีกสองแห่งที่เหลือก็วิ่งในทิศตรงกันข้าม(5)

     ที่น่าสนใจมากคือเมื่อตรวจสอบพื้นที่แห่งหนึ่งอย่างระมัดระวัง จะเผยให้เห็นเส้นแสงที่สลัวกว่าเส้นที่สอง โผล่ออกในทิศตรงกันข้ามของกาแลคซี อีกครั้งที่ต้องนึกถึงไอพ่นสองขั้ว(bipolar jets) แต่หลักฐานก็ไม่ได้บอกอย่างนั้น Grant Tremblay จาก CfA กล่าวว่า เราถกเรื่องนี้กันไม่น้อย แต่ผมว่ามันไม่สมเหตุสมผล ทีมสงสัยว่ากาแลคซ๊ซึ่งมีรูปร่างไม่ปกติและมีการก่อตัวดาวอย่างคึกคักซึ่งบอกถึงการชนเมื่อเร็วๆ นี้ เมื่อหลุมดำที่เบาที่สุดถูกผลักออกและสร้างเส้นสายเส้นแรกแล้ว อีกสองแห่งที่เหลือก็กระดอนกลับในทิศทางตรงกันข้ามด้วยความเร็วที่ต่ำกว่า

      ยังคงต้องมีการสำรวจต่อไปด้วยกล้องโทรทรรศน์ตัวอื่นๆ เพื่อหาหลักฐานโดยตรงของหลุมดำที่ปลายเส้นแสงแห่งแรกนี้ van Dokkum กล่าวเพิ่ม การตรวจจับแหล่งรังสีเอกซ์ที่ปลายเส้นแสงนี้น่าจะเป็นตัวบ่งชี้สุดท้ายว่าหลุมดำกำลังสะสมมวลสาร Tremblay กล่าว ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า แน่นอนเลยว่าประชาคมดาราศาสตร์จะต้องสำรวจรายละเอียดนี้ด้วยหอสังเกตการณ์ต่างๆ นานาจากทั้งภาคพื้นและในอวกาศ

    

แหล่งข่าว space.com : “runaway” black hole the size of 20 million suns found speeding through space with a trail of newborn stars behind it
               skyandtelescope.com : have scientists found a rogue supermassive black hole?