ทีมนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเดอรัมในประเทศอังกฤษ นำโดย ดร.เจมส์ ไนติงเกล พบหลุมดำ ‘มวลมหาศาล’ ที่ถือได้ว่าใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยพบมา ผ่านเทคนิคการสังเกตการบิดโค้งของแสงที่เรียกว่า ‘เลนส์ความโน้มถ่วง’
หลุมดำขนาดมโหฬารนี้แฝงตัวอยู่ในใจกลางกาแล็กซี Abell 1201 ห่างจากโลกของเราออกไปประมาณ 2,700 ล้านปีแสง มีมวลในระดับที่น่าตกใจ นั่นคือเกินระดับหลุมดำมวลยวดยิ่ง (Supermassive Black Hole) ที่มักพบได้ทั่วไปตามใจกลางกาแล็กซีอื่นๆ ที่มีมวลอย่างมากก็ 2-3 พันล้านเท่าของดวงอาทิตย์ แต่หลุมดำที่พบใหม่นี้อยู่ในระดับหลุมดำ ‘มวลมหาศาล’ (Ultramassive Black Hole) คือมีมวลมากมายถึง 32,000 ล้านเท่าของดวงอาทิตย์เลยทีเดียว
จุดเริ่มต้นการค้นพบครั้งนี้ เริ่มมาตั้งแต่ปี 2547 เมื่อศาสตราจารย์อลาสแตร์ เอดจ์ หนึ่งในทีมวิจัย สังเกตเห็นส่วนโค้งของแสงขนาดใหญ่ขณะตรวจสอบภาพความละเอียดสูงมากจากกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลของ NASA ที่ถ่ายภาพกาแล็กซีในบริเวณหนึ่งของอวกาศเอาไว้ ภาพที่สะกิดความสนใจนี้ ทำให้มีการใช้เครื่องซูเปอร์คอมพิวเตอร์ DiRAC COSMA8 ของมหาวิทยาลัยเพื่อวิเคราะห์ข้อมูลเพิ่มเติม และในที่สุดทีมงานของมหาวิทยาลัยก็ตัดสินใจศึกษาการมีอยู่ของหลุมดำ
ดร.เจมส์ ไนติงเกล ผู้นำงานวิจัยครั้งนี้กล่าวว่า “เมื่อแสงเดินทางผ่านเอกภพ มันจะโค้งเข้าหาวัตถุมวลมากตามเส้นทางที่มันไป”
“เส้นทางของลำแสงโค้งที่ทีมงานเราพบนี้ มันผ่านเข้าใกล้หลุมยักษ์มาก” ดร.เจมส์ ไนติงเกล กล่าว และเสริมว่า “ที่ว่าใกล้ คือระยะทางประมาณ 4 หมื่นล้านเท่าของระยะห่างจากดวงอาทิตย์มาถึงโลก ซึ่งในแง่ดาราศาสตร์เราถือว่าน้อยมาก”
ตลอดหลายปีที่ผ่านมา ทีมงานได้พยายามหาขนาดที่แท้จริงของยักษ์ใหญ่แห่งอวกาศนี้ โดยในปี 2560 ก็ได้ตีพิมพ์ผลการคำนวณครั้งแรกแล้ว แต่ต่อมาก็พบว่ายังมีบางอย่างต้องแก้ไข
ล่าสุด ดร.เจมส์ ไนติงเกล และทีมงาน ได้สร้างแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์เพื่อปรับการคำนวณความโค้งของแสงที่เกิดจากแรงโน้มถ่วงของหลุมดำมวลมหาศาลนี้ให้มีความผิดพลาดน้อยที่สุด จนสามารถแก้ไขตัวเลขเดิมที่เคยประเมินไว้ในปี 2560 ว่าไม่น่าจะมีมวลเกิน 7 พันล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ มาเป็นตัวเลขล่าสุดที่น่าตื่นตาตื่นใจนี้
“หลุมดำนี้มีมวลมากจนอยู่เหนือขีดจำกัดสูงสุดที่เราเคยเชื่อกันว่าหลุมดำจะคงตัวอยู่ได้ทางทฤษฎี ดังนั้นจึงเป็นการค้นพบที่น่าตื่นเต้นอย่างยิ่ง” ดร.เจมส์ ไนติงเกล อธิบาย
หลุมดำเป็นวัตถุอวกาศที่มีอยู่มากมายในเอกภพ โดยปกติแล้วเราไม่อาจมองเห็นมันได้ตรงๆ เหมือนดาวฤกษ์หรือวัตถุอวกาศอื่นๆ เหตุผลก็เพราะแสงไม่อาจเดินทางออกจากแรงโน้มถ่วงของหลุมดำได้ การค้นหาหลุมดำจึงต้องอาศัยวิธีทางอ้อม นั่นคือการสังเกตสิ่งต่างๆ ที่อยู่รอบหลุมดำแทน
หลุมดำบางประเภทจะมีจานสะสมมวลหมุนวนอยู่โดยรอบ จานสะสมมวลนี้จะเปล่งแสงสว่างทำให้สังเกตเห็นได้ง่าย (เหมือนหลุมดำในภาพยนตร์เรื่อง Interstellar) แต่หลุมดำบางชนิดไม่มีจานสะสมมวล เราก็จะใช้วิธีสังเกตความโค้งของแสงจากแหล่งกำเนิดแสงจำพวกดาวฤกษ์หรือกาแล็กซีอื่นๆ ที่อยู่ไกลกว่าหลุมดำเป้าหมาย เพราะหากตรงนั้นมีหลุมดำอยู่จริง เราจะเห็นแสง แม้แหล่งกำเนิดแสงนั้นจะถูกหลุมดำบังเอาไว้ด้วย ‘เลนส์ความโน้มถ่วง’ ที่ทำให้แสงจากด้านหลังเดินทางโค้งตามการโค้งตัวของอวกาศมาหาเรา
ดร.ไนติงเกลกล่าวถึงหลุมดำมวลมหาศาลนี้ว่า “มันยากที่จะอธิบายว่าหลุมดำนี้มันใหญ่โตขนาดไหน เอาเป็นว่าถ้าคุณมองไปบนฟ้ายามค่ำคืน แล้วเอาดาวทุกดวงที่คุณเห็น ไม่ว่าจะเป็นดาวชนิดไหนจับรวมไว้เป็นก้อนเดียว มันก็ยังมีขนาดเพียงเศษเสี้ยวของขนาดของหลุมดำนี้”
“พูดง่ายๆ หลุมดำนี้ใหญ่กว่ากาแล็กซีส่วนใหญ่ในเอกภพ”
ทีมงานสรุปถึงการค้นพบครั้งนี้ว่ามันได้ผลักดันความเข้าใจของเราเกี่ยวกับดาราศาสตร์ให้ถึงขีดสุด และได้ทิ้งท้ายให้เราช่วยกันจินตนาการดูว่า หลุมดำที่ใหญ่ขนาดนี้มันก่อตัวขึ้นมาได้อย่างไรในช่วงอายุของเอกภพเพียง 13,000 ล้านปี
ทีมวิจัยตีพิมพ์ผลงานการค้นพบครั้งนี้ลงในวารสาร Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
ภาพ: ESA / Hubble, Digitized Sky Survey, Nick Risinger / skysurvey.org, N. Bartmann
ภาพจำลอง 3 มิติ (ปก): MR.Somchat Parkaythong via ShutterStock
อ้างอิง:
