หลุมดำที่อยู่ซ่อนในกระจุกดาวไฮยาดีส

 

ภาพจากศิลปินแสดงหลุมดำที่ซ่อนอยู่ในกระจุกดาวแห่งหนึ่ง

     นักดาราศาสตร์อาจจะได้พบว่าหลุมดำที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุดอยู่ในกระจุกดาวสามเหลี่ยมหน้าวัว ซึ่งอยู่ห่างออกไปเพียง 150 ปีแสงจากดวงอาทิตย์เท่านั้น

     ในความเป็นจริงแล้ว หลุมดำเหล่านี้อาจจะถูกผลักออกจากกระจุกดาวที่หนาแน่นสูงเมื่อหลายล้านปีก่อน มาเพ่นพล่านอยู่เพียงลำพังในทางช้างเผือก หลุมดำกลุ่มใหม่น่าจะอยู่ใกล้โลกกว่า 10 เท่าของหลุมดำที่ใกล้ที่สุดเท่าที่เคยจำแนกได้ กระจุกดาวสามเหลี่ยมหน้าวัว(Hyades cluster) อยู่ในกลุ่มดาววัว(Taurus) เป็นกระจุกดาวเปิด(open cluster) ซึ่งมีดาวหลายร้อยดวง แต่ดาวที่สว่างที่สุดสามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าเป็นรูปตัว V โดยมีดาวตาวัว(Aldebaran) ซึ่งสว่างกว่าและอยู่ใกล้กว่า อยู่ในทิศทางเดียวกันด้วย  

     กระจุกดาวเปิดแบบนี้เป็นกลุ่มของดาวที่เชื่อว่าก่อตัวขึ้นในเวลาเดียวกัน จากเมฆก๊าซและฝุ่นก้อนเดียวกัน ด้วยเหตุนี้ ดาวภายในกระจุกลักษณะนี้จึงมีคุณลักษณะพื้นฐานร่วมกัน เช่น องค์ประกอบเคมี และอายุ

     เพื่อที่จะทำการตรวจจับสิ่งที่อาจจะเป็นหลุมดำที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุด ทีมที่นำโดย Stefano Torniamenti นักวิจัยหลังปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยปาโดวา อิตาลี ได้สร้างแบบจำลองเสมือนจริงค้นหาการเคลื่อนที่และวิวัฒนาการของดาวในกระจุกหน้าวัว แบบจำลองยังรวมการมีหลุมดำในสมการด้วย จากนั้น นักวิทยาศาสตร์ก็เปรียบเทียบผลสรุปจากแบบจำลองเสมือนจริง กับการสำรวจจริงที่เคยตรวจสอบความเร็วและตำแหน่งของประชากรดาวในกระจุกเปิด

ตำแหน่งของกระจุกดาวสามเหลี่ยมหน้าวัวบนท้องฟ้าฤดูหนาว image credit: astronomytrek.com 

     แบบจำลองจะสอดคล้องทั้งมวลและขนาดของกระจุกหน้าวัวในคราวเดียว ก็เฉพาะเมื่อมีหลุมดำอยู่ในใจกลางกระจุกในปัจจุบันนี้(หรือเมื่อเร็วๆ นี้) เท่านั้น Torniamenti และเพื่อนร่วมงานยังพบว่า แบบจำลองที่สอดคล้องกับการสำรวจกระจุกหน้าวัวมากที่สุดเป็นแบบจำลองที่มีหลุมดำสองหรือสามแห่งภายในกระจุกแห่งนี้ นอกเหนือจากนั้น แบบจำลองที่รวมหลุมดำในใจกลางด้วยและต่อมาถูกผลักออกมาไม่เกิน 150 ล้านปีก่อน ก็สอดคล้องกับข้อมูลจริงด้วย

     นี่เป็นเพราะ ถ้าหลุมดำเหล่านี้ถูกเหวี่ยงออกจากกระจุกหน้าวัวอย่างรุนแรงเมื่อกระจุกมีอายุราวหนึ่งในสี่ของอายุปัจจุบัน(625 ล้านปี) กระจุกดาวก็ไม่น่าจะพัฒนาไปได้มากพอที่จะกำจัดหลักฐานการมีตัวตนของหลุมดำ แม้แต่ถ้าหลุมดำถูกผลักออกจากกระจุกหน้าวัวในตอนนี้ นักวิจัยบอกว่าพวกมันก็น่าจะยังคงเป็นหลุมดำที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุด แม้จะอยู่ในสถานะเพ่นพล่านก็ตาม จากแบบจำลอง บ่งชี้ว่าถ้าตอนนี้ไม่มีหลุมดำในกระจุกหน้าวัว พวกมันก็ยังอยู่ใกล้กระจุกอย่างมาก เรายังคงไม่แน่ใจเกี่ยวกับอันตรายจากพวกมัน แต่นักวิจัยก็พบว่าหลุมดำใดๆ เหล่านี้ที่จะเคลื่อนที่เร็วที่สุดก็น่าจะอยู่ที่ 3 กิโลเมตรต่อวินาทีเท่านั้น แม้ว่ามันจะมุ่งหน้ามาทางโลก ก็น่าจะต้องใช้เวลานานมากๆ ที่จะมาถึง  

      ผู้ยึดครองสถิตหลุมดำที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุดก็คือ Gaia BH1 และ BH2 ซึ่งตามที่บอกในชื่อ ถูกพบโดยดาวเทียมไกอา ในปีนี้เอง โดย BH1 อยู่ห่างออกไป 1560 ปีแสง และ BH2 ที่ 3800 ปีแสง จากโลก แม้ว่าระยะทางจะบอกว่าหลุมดำทั้งสองอยู่ในละแวกใกล้ๆ โลก แต่ก็ยังไกลกว่ากระจุกหน้าวัวและหลุมดำที่อาจมี 10 และ 20 เท่า

Hyades cluster image credit: Jose Mtanous

      งานวิจัยใหม่และการค้นพบ Gaia BH1 และ BH2 ก่อนหน้านี้ ตอกย้ำว่าดาวเทียมไกอาซึ่งถูกส่งออกสู่อวกาศในปี 2013 ได้ปรับโฉมหน้าดาราศาสตร์ไปอย่างไร กล้องโทรทรรศน์อวกาศปฏิบัติการนี้ช่วยให้นักดาราศาสตร์ได้ศึกษาตำแหน่งและความเร็วของดาวแต่ละดวงในกระจุกดาวอย่างหน้าวัว ได้เป็นครั้งแรก ไกอามีความสามารถทำการค้นพบครั้งสำคัญได้เนื่องจากมันสามารถตรวจสอบตำแหน่งและการเคลื่อนที่ของดาวนับพันล้านดวงได้ การตามรอยการเคลื่อนที่ของดาวด้วยความแม่นยำสูงมากเช่นนั้นยังช่วยเผยให้เห็นอิทธิพลแรงโน้มถ่วงใดๆ ที่เหนี่ยวรั้งดาวเหล่านั้นไว้ แม้ว่าอิทธิพลจะมาจากวัตถุที่ซ่อนตัวอยู่อย่างหลุมดำมวลดวงดาว(stellar mass black holes) ขนาดเล็ก

     การสำรวจนี้ช่วยเราให้เข้าใจว่าการมีอยู่ของหลุมดำส่งผลต่อวิวัฒนาการกระจุกดาวอย่างไร Mark Gieles นักวิจัยและผู้เขียน จากมหาวิทยาลัยบาร์เซโลนา กล่าว ผลสรุปเหล่านี้ยังให้แง่มุมแก่เราว่าวัตถุปริศนาเหล่านี้กระจัดกระจายในทางช้างเผือกอย่างไรบ้าง งานวิจัยของทีมเผยแพร่ใน Monthly Notices of the Royal Astronomical Society ฉบับเดือนมิถุนายน

แหล่งข่าว space.com - astronomers may have discovered the closest black holes to Earth
                sciencealert.com - black holes may lurk much closer to Earth than we realized
                iflscience.com - the closest black holes to Earth could be inside famous Hyades star cluster
                scitechdaily.com – Hyades star cluster revelations: Earth’s nearest black holes uncovered