หลุมดำที่หิวกระหายที่สุด

 

เควซาร์ J0529-4351 เป็นวัตถุที่มีกำลังสว่างที่สุดในเอกภพเท่าที่เคยพบ เป็นหลุมดำแห่งหนึ่งในใจกลางกาแลคซีที่เป็นตัวเขมือบ และมีดิสก์สะสมมวลสารที่กว้าง 7 ปีแสง

     ด้วยการใช้กล้องโทรทรรศน์ใหญ่มาก นักดาราศาสตร์ได้แจกแจงคุณลักษณะของเควซาร์สว่างแห่งหนึ่ง พบว่ามันไม่เพียงแต่เป็นเควซาร์ที่สว่างที่สุด แต่ยังเป็นวัตถุที่สว่างที่สุดเท่าที่เคยพบด้วย

     เควซาร์(quasars) เป็นแกนกลางที่สว่างไสวภายในกาแลคซีที่ไกลโพ้น และได้รับพลังจากหลุมดำมวลมหาศาล หลุมดำในเควซาร์ที่ทำลายสถิติแห่งนี้กำลังเจริญเติบโตเทียบเท่ากับมวลหนึ่งเท่าดวงอาทิตย์ต่อวัน ทำให้มันเป็นหลุมดำที่เจริญเติบโตเร็วที่สุดเท่าที่เคยพบมา หลุมดำส่งพลังให้กับเควซาร์ รวบรวมสสารจากรอบข้างในกระบวนการที่ทรงพลังอย่างมากจนมันเปล่งแสงอย่างโชติช่วง แสงนี้มากจนเควซาร์เป็นหนึ่งในวัตถุที่สว่างที่สุดบนท้องฟ้า ซึ่งหมายความว่าแม้จะอยู่ห่างไกลมากก็ยังมองเห็นได้จากโลก ด้วยเหตุผลง่ายๆ นี้ เควซาร์ที่มีกำลังสว่างสูงสุดจึงหมายถึงหลุมดำมวลมหาศาลที่กำลังเจริญเติบโตอย่างรวดเร็วที่สุดด้วย

      เราได้พบหลุมดำที่เจริญเติบโตรวดเร็วที่สุดเท่าที่เคยพบมา มันมีมวล 1.7 หมื่นล้านเท่าดวงอาทิตย์ และกลืนวัสดุสารเทียบเท่ากับ 1 ดวงอาทิตย์ต่อวัน นี่ทำให้มันเป็นวัตถุที่สว่างโชติช่วงที่สุดในเอกภพ Christian Wolf นักดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยแห่งชาติออสเตรเลีย(ANU) และผู้เขียนนำการศึกษาที่เผยแพร่ใน Nature Astronomy เควซาร์แห่งนี้มีชื่อว่า J0529-4351 อยู่ไกลจากโลกอย่างมาก ราว 1.5 พันล้านปีหลังจากบิ๊กแบง แสงของมันใช้เวลากว่า 12 พันล้านปีเดินทางมาถึงเรา

     วัสดุสารถูกดึงเข้าหาหลุมดำแห่งนี้ในรูปของดิสก์ เปล่งพลังงานรุนแรงมากจน J0529-4351 มีกำลังสว่างมากกว่าดวงอาทิตย์ของเราเกิน 5 ร้อยล้านล้านเท่า แสงแรงกล้าเหล่านี้ทั้งหมดมาจากดิสก์สะสมมวลสาร(accretion disc) ที่ร้อนจัดในระดับหลายพันล้านจนอาจถึงล้านล้านองศา ซึ่งตรวจสอบพบว่ามีเส้นผ่าศูนย์กลาง 7 ปีแสง นี่จะต้องเป็นดิสก์สะสมมวลสารที่ใหญ่ที่สุดในเอกภพด้วย Samuel Lai นักศึกษาปริญญาเอกที่ ANU และผู้เขียนร่วม กล่าว มันเจริญเติบโตรวดเร็วมากจนน่าจะถึงระดับขีดจำกัดขั้นสูงสุดที่จะสามารถสะสมมวลสารได้(เรียกว่าขีดจำกัดเอ็ดดิงตัน; Eddington limit)   

ด้วยการรวมภาพจากการสำรวจ Digitized Sky Survey 2 เราก็ได้ภาพโดยรวมซึ่งแทบมองอะไรไม่เห็นเลย ภาพเล็กแสดงตำแหน่งของเควซาร์ในภาพจากการสำรวจพลังงานมืด(Dark Energy Survey) ก็ยังแทบมองไม่เห็นรายละเอียดใดๆ เพิ่มเติม

      ขนาดถึงเจ็ดปีแสงนี่ก็คือราว 15000 เท่าระยะทางจากดวงอาทิตย์ถึงวงโคจรของเนปจูน และที่น่าสนใจก็คือ เควซาร์ที่ทำลายสถิติแห่งนี้กำลังพรางซ่อนตัว Christopher Onken ผู้เขียนร่วม นักดาราศาสตร์ที่ ANU กล่าวว่า เป็นเรื่องน่าประหลาดใจที่มันไม่ถูกพบจนกระทั่งตอนนี้ ในขณะที่เรารู้จักเควซาร์ที่น่าสนใจน้อยกว่ามันนับล้านแห่ง มันก็เหมือนกับการถูกจ้องหน้าจนถึงตอนนี้

     เขาบอกว่าวัตถุนี้ปรากฏขึ้นในภาพจากการสำรวจท้องฟ้าทางใต้ชมิดท์ ซึ่งมีอายุย้อนตั้งแต่ปี 1980 แต่ก็ไม่เคยตระหนักเลยว่ามันเป็นเควซาร์จนในอีกหลายสิบปีต่อมา การค้นหาเควซาร์ต้องการข้อมูลการสำรวจที่แม่นยำจากท้องฟ้าพื้นที่กว้าง ชุดข้อมูลที่ได้จึงมหาศาล นักวิจัยมักจะใช้แบบจำลองปัญญาประดิษฐ์เพื่อวิเคราะห์และแยกเควซาร์ออกจากวัตถุฟากฟ้าอื่นๆ

     อย่างไรก็ตาม แบบจำลองเหล่านี้ถูกฝึกฝนด้วยข้อมูลที่มีอยู่ ซึ่งจำกัดอยู่แค่ว่าที่วัตถุที่มีศักยภาพคล้ายกับวัตถุที่พบแล้ว ถ้ามีเควซาร์ใหม่ที่สว่างไสวกว่าที่เคยสำรวจมา โปรแกรมก็อาจจะปฏิเสธมันและแยกแยะมันเป็นดาวฤกษ์ที่อยู่ไม่ไกลจากโลกแทน การวิเคราะห์ข้อมูลอัตโนมัติของดาวเทียมไกอาขององค์กรอวกาศยุโรป จึงมองข้าม J0529-4351 ด้วยเหตุที่มันสว่างเกินกว่าจะเป็นเควซาร์ได้ โดยบอกว่ามันเป็นดาวแทน

      แต่นักวิจัยจำแนกว่ามันเป็นเควซาร์ห่างไกลแห่งหนึ่งเมื่อปีที่แล้ว โดยใช้การสำรวจจากกล้องขนาด 2.3 เมตรของ ANU ที่หอสังเกตการณ์ไซดิ้งสปริง ในออสเตรเลีย การค้นพบว่ามันเป็นเควซาร์ที่สว่างเจิดจ้าที่สุดเท่าที่เคยพบมา อย่างไรก็ตาม ก็ต้องการกล้องโทรทรรศน์ที่ใหญ่กว่านั้นและการตรวจสอบจากเครื่องมือที่มีความแม่นยำสูงกว่า ซึ่งสเปคโตรกราฟเอกซ์ชูตเตอร์(X-shooter spectrograph) บน VLT ก็ให้ข้อมูลที่สำคัญยิ่งนี้

ภาพ J0529-4351 สว่างกว่าดวงอาทิตย์ 5 ร้อยล้านล้านเท่า จุดสีแดงเป็นดาวฤกษ์ใกล้ๆ   

     การค้นหาและศึกษาหลุมดำมวลมหาศาลที่ห่างไกล น่าจะเปิดช่องสู่ปริศนาบางส่วนที่พบในเอกภพยุคต้น ซึ่งรวมถึงว่าพวกมันและกาแลคซีต้นสังกัดของพวกมันก่อตัวและพัฒนาได้อย่างไร แต่ก็ไม่ใช่เพียงเหตุผลเดียวที่ Wolf สำรวจหาพวกมัน โดยส่วนตัวผมแล้ว ก็เหมือนการไล่ล่า เพียงแค่ไม่กี่นาทีในแต่ละวัน ที่จะรู้สึกเหมือนกลับเป็นเด็กอีกครั้ง โดยการเล่นล่าขุมทรัพย์ และตอนนี้ ผมก็เอาทุกๆ อย่างที่ได้เรียนรู้วางไว้บนโต๊ะแล้ว

     ยังคงมีสิ่งที่เราไม่คาดเกี่ยวกับ J0529-4351 อีกมาก เป็นต้นว่า กลไกที่มันสะสมมวลสารได้มากมายเช่นนี้ การตรวจสอบอย่างใกล้ชิดด้วย ALMA น่าจะเผยให้เห็นว่าก๊าซกำลังเคลื่อนที่ไปรอบๆ กาแลคซีแห่งนี้อย่างไร และกาแลคซีต้นสังกัดกำลังหมุนรอบตัวอย่างไร

      หลุมดำที่เจริญเติบโตรวดเร็วที่สุดเท่าที่เคยพบมาแห่งนี้ ยังเป็นเป้าหมายที่ดีเยี่ยมสำหรับเครื่องมือ GRAVITY+ บนมาตรแทรกสอด VLT(VLT interferometer; VLTI) ซึ่งออกแบบมาเพื่อตรวจสอบมวลของหลุมดำได้อย่างเที่ยงตรง ซึ่งรวมถึงพวกที่อยู่ห่างไกลจากโลกด้วย นอกจากนี้ กล้องโทรทรรศน์ใหญ่สุดขั้ว(ELT) ซึ่งเป็นกล้องขนาด 39 เมตรที่กำลังก่อสร้างในทะเลทรายอะตาคามาในชิลี ก็จะจำแนกและแจกแจงคุณสมบัติของวัตถุลักษณะนี้ได้เพิ่มเติมอีก

แหล่งข่าว eso.org – brightest and fastest-growing: astronomers identify record-breaking quasar  
                 sciencealert.com – the hungriest black hole ever found basically eats a whole Sun everyday
                 space.com – brightest quasar ever seen is powered by black hole that eats a “sun a day”