เมฆฝุ่นที่กำลังจะถูกหลุมดำทางช้างเผือกทำลาย

 

    หลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางทางช้างเผือกของเรากำลังฉีกเมฆฝุ่นประหลาดก้อนหนึ่งออกเป็นชิ้น และนักดาราศาสตร์ก็กำลังสำรวจดูสิ่งที่เกิดขึ้นอย่างน่าสนใจ

     เมฆฝุ่นซึ่งมีชื่อว่า X7 มีมวลราว 50 เท่ามวลโลก กำลังโคจรรอบหลุมดำมวลมหาศาล คนยิงธนู เอ สตาร์(Sagittarius A*; Sgr A*) ซึ่งมีมวล 4.6 ล้านเท่าดวงอาทิตย์ ในช่วง 20 ปีที่ผ่านมา นักดาราศาสตร์ได้สำรวจการเดินทางของเมฆนี้โดยใช้หอสังเกตการณ์เคก บนยอดเมานาคี ในฮาวาย ซึ่งเป็นหนึ่งในกล้องโทรทรรศน์ที่ทรงพลังที่สุดบนโลก การสำรวจได้เผยให้เห็นว่ามีเส้นใยที่ค่อยๆ ยืดยาวออกมา(spaghettified) จนมันพันไปรอบๆ หลุมดำนี้ และยืดออกเป็นสองเท่าของความยาวเดิม ซึ่งขณะนี้ก็ยาว 3000 เท่าระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์

      โครงงานสำรวจเริ่มต้นขึ้นในปี 2002 ได้ให้แง่มุมสู่กระบวนการที่กำกับโดยแรงโน้มถ่วงที่ทรงพลังจากหลุมดำ Sgr A* ที่มีต่อสภาพรอบข้างของมัน Anna Ciurlo ผู้ช่วยนักวิจัยที่มหาวิทยาลัยคาลิฟอร์เนีย แอลเอ และผู้เขียนนำการศึกษานี้ กล่าวในแถลงการณ์ว่า นี่เป็นโอกาสอันเป็นอัตลักษณ์ในการสำรวจผลของ tidal forces จากหลุมดำซึ่งดึงด้านที่ใกล้รุนแรงกว่าที่ด้านไกลและยืดออกด้วยความละเอียดที่สูง ซึ่งช่วยให้เรามีแง่มุมสู่ฟิสิกส์ของสภาพแวดล้อมที่สุดขั้วในใจกลางกาแลคซี

     นักดาราศาสตร์สำรวจ X7 โดยใช้เครื่องมือ NIRC2 บนเคก ได้เผยให้เห็นเอกภพในช่วงอินฟราเรดใกล้ เป้นความยาวคลื่นเดียวกับที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์มีความเชี่ยวชาญ ต้องขอบคุณความสามารถในช่วงอินฟราเรดที่สามารถเจาะทะลุผ่านฝุ่น นักดาราศาสตร์จึงสามารถสำรวจการเคลื่อนที่ของเส้นใยในรายละเอียดสูงสุดได้ พวกเขาพบว่าขณะนี้ เส้นใยใช้เวลา 170 ปีโคจรรอบใจกลางกาแลคซี และคำนวณได้ว่าในปี 2036 เส้นใยนี้จะเข้าใกล้หลุมดำมากที่สุดที่ระยะทาง 18 วันแสง(light-days) ซึ่งในช่วงเวลาดังกล่าว เมฆนี้ก็จะกระจายหายไปเป็นอาหารของหลุมดำ

ภาพจากเครื่องมือ NIRC2 บนกล้องเคกแสดงวิวัฒนาการของ X7 ตั้งแต่ปี 2002 ถึง 2021

      มันน่าตื่นเต้นที่ได้เห็นการเปลี่ยนแปลงในรูปร่างและพลวัตของ X7 ในรายละเอียดที่สูงอย่างนั้นในช่วงเวลาอันสั้น เมื่อแรงโน้มถ่วงจากหลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางทางช้างเผือกส่งอิทธิพลต่อวัตถุนี้ Randy Campbell ผู้นำทีมวิทยาศาสตร์ ที่หอสังเกตการณ์เคก และผู้เขียนร่วมการศึกษา กล่าวในแถลงการณ์

     หลังจากการสิ้นสูญของเส้นใย วัสดุสารในเส้นใยก็จะถูกหลุมดำกลืนไป กระบวนการนี้อาจจะสร้าง “ดอกไม้ไฟ” เมื่อฝุ่นมีความเร็วสูงขึ้นและร้อนขึ้นก่อนจะข้ามขอบฟ้าสังเกตการณ์(event horizon) ไป ในขณะที่นักวิจัยได้ทำนายอนาคตของเส้นใยด้วยความน่าเชื่อถือในระดับสูง แต่พวกเขากลับรู้เกี่ยวกับอดีตของมันน้อยกว่า พวกเขาคิดว่าเมฆนี้อาจจะก่อตัวขึ้นเมื่อดาวฤกษ์ 2 ดวงควบรวมกันและผลักเปลือกก๊าซฝุ่นออกมาห่อหุ้มรอบๆ มันไว้

      ความเป็นไปได้อย่างหนึ่งก็คือ ก๊าซและฝุ่นของ X7 ถูกผลักออกในช่วงเวลาเมื่อดาวสองดวงควบรวมกัน Ciurlo กล่าว ในกระบวนการนี้ ดาวที่ควบรวมได้จะถูกซ่อนไว้ภายในเปลือกก๊าซและฝุ่น และก๊าซถูกผลักออกมาก็อาจจะสร้างวัตถุที่คล้าย X7 ขึ้น X7 เป็นหนึ่งในเส้นใยมากมายที่พบในใจกลางกาแลคซีทางช้างเผือก เส้นใยเหล่านี้ซึ่งเรียกว่า G objects โคจรในระยะประชิดหลุมดำเร็วมากๆ ด้วยมีความเร็วถึง 790 กิโลเมตรต่อวินาที แง่มุมที่รวบรวมได้จาก X7 อาจจะช่วยนักดาราศาสตร์ทำนายชีวิตของเส้นใยอื่นๆ ได้

ภาพจากศิลปินแสดงสิ่งที่น่าจะเกิดขึ้นในราวปี 2036 เมื่อ X7 เส้นใยฝุ่นก๊าซที่เรียวยาวเดินทางเข้าใกล้หลุมดำทางช้างเผือกมากที่สุด

https://www.youtube.com/watch?v=px8CxEScmMg

     G objects ถูกพบเมื่อราว 20 ปีก่อน และมีความประหลาดในตัว กล่าวคือ พวกมันมีลักษณะคล้ายเมฆก๊าซ แต่กลับมีพฤติกรรมเหมือนกับดาวฤกษ์ โดยเมื่อเข้าใกล้หลุมดำมากที่สุดจะถูกยืดออกแต่ก็ยังคงเกาะกุมกัน และหดตัวกลับเป็นรูปร่างที่มีความกะทัดรัดมากกว่าเดิม นักดาราศาสตร์ตั้งสมมุติฐานว่า G objects เป็นดาวที่ควบรวมกัน สร้างเมฆฝุ่นก๊าซก้อนมหึมาปกปิดดาวภายในไว้ ซึ่งการศึกษาในปี 2021 ได้พบว่า G2 เป็นเมฆโมเลกุลที่ดาวทารก 3 ดวงซ่อนอยู่ภายใน แต่ยังคงไม่ทราบตัวตนของ G objects อื่น

     แต่เนื่องจาก X7 เป็นก๊าซที่หลุดออกมา จึงไม่มีมวลดาวอยู่ภายในเพื่อยึดก๊าซฝุ่นไว้ มันจึงมีอายุที่สั้นกว่า G objects ในขณะที่ดาวที่ควบรวมที่สร้าง X7 ออกมาก็ยังคงเพ่นพล่านอยู่ในใจกลางกาแลคซีในวงโคจรของมันต่างหาก นักวิจัยบอกว่าวงโคจรของมันคล้ายกับ G3 อย่างมาก และเสนอว่า G3 อาจเป็นวัตถุต้นกำเนิด

     เนื่องจาก X7 ยังมีชีวิตเหลืออีกสิบกว่าปี นักดาราศาสตร์จะยังคงจับตาดูการเดินทางของมันด้วยกล้องเคกต่อไป เมื่อมันหมุนวนเข้าสู่ความตาย จะให้แน่ใจเราจะต้องดูว่า X7 จะถูกหลุมดำฉีกอย่างไร Ciurlo กล่าว หลังจากนั้นเหรอ ใครจะรู้ล่ะ เราแค่เฝ้าดู การศึกษาเผยแพร่ใน Astrophysical Journal วันที่ 22 กุมภาพันธ์

ภาพแสดงตำแหน่งของ X7 เปรียบเทียบกับหลุมดำ Sagittarius A* และวัตถุอื่นๆ ในใจกลางกาแลคซี

แหล่งข่าว space.com : the Milky Way’s monster black hole is destroying a mysterious dust cloud
                sciencealert.com : a mystery object is being dragged into the black hole at the center of our galaxy
                scitechdaily.com : mysterious object is being dragged into the Milky Way’s supermassive black hole
                skyandtelescope.com : watch the Milky Way’s black hole spaghettify a cloud