กาแล็กซีวัยเยาว์แห่งหนึ่งมีหลุมดำกำลังกินสสารถึงสามแห่งได้อย่างไร?

* รูปภาพใช้เพื่อประกอบเนื้อหาเท่านั้น อาจไม่ใช่ภาพเหตุการณ์จริงหรือภาพจริงจากเรื่องในบทความ

นักดาราศาสตร์ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์พบหลักฐานของหลุมดำมวลยิ่งยวดที่กำลังกินสสารอยู่สามแห่งในกาแล็กซีเดียว ชื่อ J0148-4214 ซึ่งอยู่ไกลจากโลกกว่า 12,500 ล้านปีแสง จุดที่เห็นชัดคือมีหลุมดำสองแห่งอยู่ใกล้กันบริเวณใจกลาง ส่วนอีกแห่งอยู่ห่างออกไป นี่เป็นหลักฐานจากแสงของก๊าซรอบหลุมดำ ไม่ใช่ภาพถ่ายหลุมดำทั้งสามดวงโดยตรง

ทีมใช้เครื่อง NIRSpec บนกล้องเจมส์ เว็บบ์แยกแสงจากแต่ละจุดในกาแล็กซี แล้วตรวจเส้น H-alpha ของไฮโดรเจนในแต่ละสเปกตรัม เส้นแสงที่กว้างบอกว่าก๊าซเคลื่อนที่เร็วมากในบริเวณที่ถูกแรงโน้มถ่วงของหลุมดำดึงไว้ นักวิจัยจึงระบุตำแหน่งของแหล่งกำเนิดได้ แม้กล้องจะแยกหลุมดำใกล้กันออกเป็นจุดภาพคนละจุดไม่ได้

หลุมดำคู่กลางกาแล็กซีห่างกันราว 620 ปีแสงเมื่อวัดเป็นระยะฉายบนท้องฟ้า ส่วนแห่งที่สามอยู่ห่างจากใจกลางประมาณ 5,500 ปีแสง ตัวเลขนี้ไม่ได้บอกระยะสามมิติที่แน่นอน เพราะตำแหน่งลึกเข้าไปตามแนวสายตายังมีผลอยู่ แสงจากกาแล็กซีเดินทางมานานกว่า 12,500 ล้านปี จึงเห็นมันในช่วงที่เอกภพมีอายุราว 1,200 ล้านปี ข้อมูลจาก JWST ทำให้ทีมแยกสัญญาณ H-alpha ได้สามบริเวณและคำนวณมวลของหลุมดำแต่ละแห่งได้

ผลคำนวณให้มวลของหลุมดำใหญ่ที่สุดราว 80 ล้านเท่าของดวงอาทิตย์ อีกสองแห่งหนักประมาณ 600,000 และ 2 ล้านเท่าของดวงอาทิตย์ หลุมดำมวลน้อยที่อยู่ใกล้ใจกลางกลับดูดกลืนสสารเร็วกว่าแห่งที่ใหญ่กว่า และอัตราการกินสสารที่คำนวณได้สูงกว่าขีดจำกัดเอดดิงตันตามแบบจำลองพื้นฐานของการเติบโตหลุมดำ

ผู้เขียนงานวิจัยคาดว่าหลุมดำคู่กลางมีแนวโน้มจะรวมกันในอีกไม่กี่ร้อยล้านปี การคำนวณอย่างง่ายจากแรงเสียดทานเชิงพลวัตให้เวลาระดับไม่เกินราว 700 ล้านปี นี่เป็นการคาดการณ์จากตำแหน่งและแบบจำลอง ไม่ใช่การเห็นหลุมดำเคลื่อนเข้าหากันหรือการกำหนดวันเกิดเหตุการณ์

ชะตาของหลุมดำแห่งที่สามยังไม่ชัด มันอาจกำลังเคลื่อนเข้าหาใจกลาง หรืออาจถูกแรงสะท้อนจากการรวมตัวครั้งก่อนดีดออกมา งานวิจัยยังวัดทิศทางการเคลื่อนที่ของมันไม่ได้ จึงยังบอกไม่ได้ว่าทั้งสามแห่งจะรวมเป็นหลุมดำเดียวกันหรือไม่

ข้อค้นพบนี้ช่วยให้นักดาราศาสตร์ศึกษาว่าหลุมดำขนาดใหญ่เติบโตอย่างรวดเร็วในเอกภพยุคแรกได้อย่างไร และแสดงว่าการแยกสเปกตรัมตามตำแหน่งช่วยเผยหลุมดำหลายแห่งที่กล้องอาจมองรวมเป็นแหล่งเดียวได้ คำตอบที่หลักฐานรองรับจึงเป็นว่า พบหลักฐานของหลุมดำที่กำลังกินสสารสามแห่งจริง แต่มีเพียงคู่กลางที่งานวิจัยคาดว่าจะรวมตัวกัน ส่วนแห่งที่สามยังมีได้มากกว่าหนึ่งเส้นทาง

ขอบคุณภาพประกอบจาก https://graphic.in.th