V 404 Cygni ระบบหลุมดำไตรวัตถุ
หลุมดำหลายแห่งที่พบจนถึงตอนนี้ ดูจะเป็นส่วนหนึ่งของระบบคู่ คู่เหล่านี้ประกอบด้วยหลุมดำแห่งหนึ่ง กับวัตถุทุติยภูมิอีกหนึ่ง ซึ่งอาจเป็นดาวฤกษ์, ดาวนิวตรอนซึ่งมีความหนาแน่นสูงมากกว่า หรือหลุมดำอีกแห่งก็ได้ ซึ่งจะหมุนวนไปรอบกันและกัน ใกล้ชิดกันมากขึ้นจากแรงโน้มถ่วงของหลุมดำ ก่อตัวเป็นคู่ที่โคจรรอบกันในระยะประชิด
ขณะนี้ มีการค้นพบที่น่าตื่นตะลึงเกี่ยวกับหลุมดำ V404 Cygni กำลังขยายองค์ความรู้ของเราเกี่ยวกับหลุมดำ ในงานศึกษาที่เผยแพร่ใน Nature นักฟิสิกส์ที่สถาบันเทคโนโลจีแห่งแมสซาชูเสตต์(MIT) และสถาบันเทคโนโลจีแห่งคาลิฟอร์เนีย(Caltech) รายงานว่าพวกเขาสำรวจพบหลุมดำไตรภาคีเป็นครั้งแรก
ระบบแห่งใหม่มีหลุมดำในใจกลางที่กำลังกลืนกินดาวฤกษ์ขนาดเล็กดวงหนึ่ง ซึ่งกำลังหมุนวนไปรอบหลุมดำนี้ในระยะประชิดในทุกๆ 6.5 วัน ซึ่งก็เป็นรูปแบบที่พบในระบบคู่เกือบทั้งหมด แต่ที่น่าประหลาดใจก็คือ มีดาวดวงที่สองที่ก็ดูเหมือนจะโคจรรอบหลุมดำนี้ แม้จะอยู่ในระยะทางที่ไกลมากๆ นักฟิสิกส์ประเมินว่าวัตถุข้างเคียงที่ห่างไกลโคจรรอบหลุมดำทุกๆ 7 หมื่นปี
ภาพจากศิลปินแสดง V404 Cygni โดยมีดิสก์สะสมมวลสารจากดาวข้างเคียงล้อมรอบหลุมดำ และดาวข้างเคียงอีกดวงที่อยู่ไกลๆ ในพื้นหลัง
หลุมดำที่ดูเหมือนจะมีปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงกับวัตถุในระยะที่ไกลอย่างนี้นี่เองที่กำลังสร้างคำถามเกี่ยวกับกำเนิดของตัวมันเอง คิดกันว่าหลุมดำก่อตัวขึ้นจากการระเบิดจบชีวิตของดาวมวลสูงดวงหนึ่งเป็นซุปเปอร์โนวา ซึ่งจะปลดปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาลออกมาในการระเบิดครั้งสุดท้าย ก่อนที่จะยุบตัวลงกลายเป็นหลุมดำที่มองไม่เห็น
อย่างไรก็ตาม ทีมบอกว่าถ้าหลุมดำที่เพิ่งสำรวจนี้เป็นผลจากซุปเปอร์โนวาทั่วไป พลังงานที่มันน่าจะปล่อยออกมาก่อนยุบตัวลงก็น่าจะผลักวัตถุที่ยึดเกาะอย่างหลวมๆ ใดๆ ออกไป ดาวดวงที่สองก็ไม่น่าจะยังอ้อยอิ่งอยู่แบบนั้น
แต่ทีมสงสัยว่าหลุมดำนี้ก่อตัวขึ้นผ่านกระบวนการที่ละมุนกว่า จากการยุบตัวลงโดยตรง ซึ่งดาวฤกษ์จะค่อยๆ ม้วนตัวเข้ามากลายเป็นหลุมดำโดยไม่ปล่อยแสงใดๆ ออกมา การกำเนิดที่ละมุนอย่างนี้ไม่รบกวนวัตถุที่ยึดเกาะหลวมๆ มากนัก
เนื่องจากระบบไตรภาคีแห่งใหม่นี้มีดาวฤกษ์ในระยะที่ไกลมากๆ นี่จึงบอกว่าหลุมดำในระบบก่อตัวขึ้นผ่านการยุบตัวโดยตรง และในขณะที่นักดาราศาสตร์สำรวจพบซุปเปอร์โนวามานานหลายร้อยปี ทีมบอกว่าระบบแห่งใหม่น่าจะเป็นหลักฐานชิ้นแรกที่แสดงว่าหลุมดำก่อตัวขึ้จากกระบวนการที่อ่อนโยนกว่าแบบนี้
Kevin Burdge ผู้เขียนในการศึกษา ที่แผนกฟิสิกส์ เอ็มไอที กล่าวว่า เราคิดว่าหลุมดำเกือบทั้งหมดก่อตัวจากการระเบิดที่รุนแรง แต่การค้นพบใหม่ค้านมัน ระบบแห่งนี้น่าสนใจเป็นอย่างยิ่งสำหรับวิวัฒนาการหลุมดำ และมันยังสร้างคำถามว่าจะมีระบบไตรภาคีแบบนี้อยู่อีกหรือไม่
ภาพช่วงตาเห็น(ซ้าย) และอินฟราเรดใกล้(ขวา) ของระบบแห่งนี้
การค้นพบระบบไตรภาคีแห่งนี้เกิดขึ้นเกือบจะโดยบังเอิญ นักฟิสิกส์พบมันในขณะที่ตรวจสอบด้วย Aladin Lite ซึ่งเป็นการเก็บรวบรวมข้อมูลจากการสำรวจทางดาราศาสตร์ที่ได้จากกล้องอวกาศและจากรอบโลก นักดาราศาสตร์สามารถใช้เครื่องมือออนไลน์นี้เพื่อสำรวจหาภาพพื้นที่เดียวกันบนท้องฟ้า ที่ถ่ายจากกล้องต่างๆ ซึ่งสำรวจในช่วงความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน
ทีมตรวจสอบภายในทางช้างเผือกเพื่อหาสัญญาณของหลุมดำแห่งใหม่ จากนั้น Burdge ก็ดูภาพของ V404 Cygni ซึ่งเป็นหลุมดำที่อยู่ห่างออกไป 8 พันปีแสง เป็นวัตถุแห่งแรกๆ ที่ยืนยันได้ว่าเป็นหลุมดำในปี 1992
นับตั้งแต่ที่ถูกพบ V404 Cyg ก็เป็นหลุมดำที่ถูกศึกษามาเป็นอย่างดีที่สุดแห่งหนึ่ง และผนวกอยู่ในรายงานวิทยาศาสตร์มากกว่า 1300 งาน อย่างไรก็ตาม ไม่มีการศึกษางานใดเลยที่รายงานสิ่งที่ทีมสำรวจ เมื่อ Burdge มองภาพในช่วงตาเห็นของ V404 Cygni เขาก็มองเห็นสิ่งที่ดูเหมือนจะเป็นก้อนแสง 2 ก้อนซึ่งอยู่ใกล้กันอย่างมาก ก้อนแรกเป็นสิ่งที่นักวิจัยคนอื่นๆ บอกว่าเป็นหลุมดำกับดาวฤกษ์ในวงโคจรระยะประชิด ดาวอยู่ใกล้มากๆ จนถูกหลุมดำดึงวัสดุสารบางส่วนไป สร้างแสงให้ได้เห็น
แต่ก้อนแสงที่สองเป็นสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ไม่เคยให้ความสนใจมาก่อน ทีมบอกว่าก้อนแสงที่สองน่าจะเป็นดาวฤกษ์ที่อยู่ไกลมากๆ ความจริงที่ว่าเรามองเห็นดาว 2 ดวงในระยะทางที่ไกลมากๆ อย่างนี้ ก็หมายความว่าดาวจะต้องอยู่ห่างมากจริง Burdge กล่าว เขาคำนวณว่าดาววงนอกอยู่ที่ระยะทาง 3500 AU จากหลุมดำ
การตรวจสอบตำแหน่งดาว(astrometry) ของ V404 Cygni ด้วยภาพระบบจาก Pan-STARR เส้นทางของดาวในพื้นที่สำรวจ และภาพซูมระบบคู่
คำถามที่ผุดขึ้นมาก็คือ แล้วดาววงนอกจะมีความเชื่อมโยงกับหลุมดำและดาววงในหรือไม่ เพื่อตอบคำถามนี้ นักวิจัยตรวจสอบกับไกอา ซึ่งเป็นดาวเทียมที่ตามรอยการเคลื่อนที่ของดาวทั้งหมดในกาแลคซีอย่างแม่นยำมาตั้งแต่ปี 2014 ทีมวิเคราะห์การเคลื่อนที่ของดาววงในและวงนอก ตลอดสิบปีในข้อมูลไกอา และพบว่าดาวเคลื่อนที่ตามกันไป พวกเขาคำนวณว่าโอกาสที่การเคลื่อนที่ตามกันไปแบบนี้จะเกิดโดยบังเอิญมีเพียง 1 ใน 10 ล้านเท่านั้น
ก็แทบจะแน่นอนว่าไม่ใช่เรื่องบังเอิญ Burdge กล่าว เรากำลังได้เห็นดาวสองดวงที่กำลังตามกันต้อยๆ เนื่องจากพวกมันยึดโยงกันด้วยเชือกแห่งความโน้มถ่วงเส้นบางๆ ดังนั้นนี่จะต้องเป็นระบบไตรภาคี ดังนั้น แล้วระบบแห่งนี้ก่อตัวขึ้นได้อย่างไร ถ้าหลุมดำก่อตัวจากการระเบิดซุปเปอร์โนวาทั่วไป การระเบิดที่รุนแรงก็น่าจะผลักดาววงนอกออกไปนานแล้ว
ลองจินตนาการว่าคุณกำลังเล่นว่าว และแทนที่จะเป็นเชือกที่แข็งแรงก็กลายเป็นใยแมงมุม Burdge กล่าว ถ้าคุณดึงมันแรงเกินไป ใยแมงมุมก็จะขาดออกและว่าวก็หลุดลอยไป แรงโน้มถ่วงก็เหมือนเชือกเส้นบาง ถ้าในระบบคู่ส่วนในมีสิ่งรุนแรงเกิดขึ้น ก็จะสูญเสียดาวที่วงนอกออกไป เพื่อทดสอบแนวคิดนี้ ทีมได้ทำแบบจำลองเสมือนจริงเพื่อดูว่าระบบไตรภาคีลักษณะนี้จะพัฒนาและรักษาดาวในวงนอกได้อย่างไร
ในช่วงเริ่มต้นการเดินเครื่องแบบจำลองทุกครั้ง เขาจะใส่ดาว 3 ดวงเข้าไป(ดวงที่สามที่จะกลายเป็นหลุมดำ) จากนั้นก็เดินเครื่องหลายพันแบบ แต่ละครั้งมีลำดับเหตุการณ์ที่แตกต่างกันไปเล็กน้อยจากรูปแบบที่ดาวดวงที่สามจะกลายเป็นหลุมดำได้อย่างไร และต่อมาก็ดูว่ามันส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของดาวอีกสองดวงอย่างไร ยกตัวอย่างเช่น เขาให้มันระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวา โดยปรับเปลี่ยนปริมาณและทิศทางของพลังงานที่ปล่อยออกมา เขายังจำลองการยุบตัวลงโดยตรงด้วย
การสำรวจ V404 Cygni โดยกล้องโทรทรรศน์รังสีเอกซืบนดาวเทียมสวิฟท์ เผยให้เห็น แสงที่สะท้อนกลับ(echo) ในช่วงรังสีเอกซ์ เมื่อหลุมดำเกิดการปะทุรังสีเอกซื ในทุกทิศทาง ฝุ่นที่อยู่เป็นวงแหวนซ้อนก็สะท้อนรังสีเอกซ์กลับออกมาแล้ว
แต่แบบจำลองส่วนใหญ่แสดงว่าวิธีที่ง่ายที่สุดที่จะทำให้ระบบไตรภาคีนี้คงอยู่ได้ก็คือ หลุมดำเกิดจากการยุบตัวโดยตรง Burdge กล่าว ก็ยังเป็นไปได้ที่ดาววงนอกจะถูกยึดจับไว้หลังจากที่หลุมดำก่อตัวขึ้นมา แต่ผู้เขียนคิดว่าไม่น่าเป็นไปได้จากที่พื้นที่ดังกล่าวมีความหนาแน่นดาวที่ต่ำ แต่ดูว่าดาววงนอกสุดอาจจะเคยอยู่ใกล้กว่านี้ และถูกผลักออกไปในระยะทางที่ไกลแต่ยังไม่หลุดออกไปเองก็มีโอกาสน้อยนิดด้วยเช่นกัน
นอกเหนือจากให้เงื่อนงำเกี่ยวกับกำเนิดของหลุมดำแล้ว ดาววงนอกยังบอกถึงอายุของระบบนี้ด้วย นักฟิสิกส์สำรวจพบว่าดาววงนอกกำลังอยู่ในกระบวนการแปรสภาพเป็นดาวยักษ์แดง(red giant) จากการแปรสภาพนี้ ทีมตรวจสอบพบว่าดาววงนอกมีอายุราว 4 พันล้านปี อ้างอิงจากที่ดาวที่อยู่ใกล้ๆ กันจะมีอายุใกล้เคียงกัน ทีมจึงสรุปว่าไตรภาคีที่มีหลุมดำด้วยแห่งนี้ ก็มีอายุ 4 พันล้านปีเช่นกัน
เราไม่เคยทำอย่างนี้กับหลุมดำอายุมากมาก่อน Burdge กล่าว ขณะที่เราทราบว่า V404 Cygni เป็นส่วนหนึ่งของระบบไตรภาคี, มันน่าจะก่อตัวขึ้นจากการยุบตัวลงโดยตรง และมันก่อตัวขึ้นเมื่อ 4 พันล้านปีก่อน ต้องขอบคุณการค้นพบนี้ Kereem El-Badry สมาชิกทีมวิจัยจากคาลเทค กล่าวว่า เราอาจจะโชคดีมาก หรือระบบไตรภาคีอย่างนี้มีอยู่ทั่วไป ถ้ามันมีอยู่ทั่วไปก็อาจจะแก้ปริศนาที่มีมานานว่าหลุมดำคู่ก่อตัวอย่างไร ระบบไตรภาคีได้เปิดเส้นทางวิวัฒนาการที่เป็นไปไมได้สำหรับระบบคู่แบบแท้
จริงๆ แล้วเคยมีคนทำนายมาก่อนว่าหลุมดำคู่ น่าจะก่อตัวขึ้นผ่านวิวัฒนาการแบบสามเส้าเป็นส่วนใหญ่ แต่ก็ไม่เคยพบหลักฐานโดยตรงมาก่อนเลยจนถึงตอนนี้
แหล่งข่าว phys.org : discovery of “black hole triple” may be first direct evidence of “gentle” black hole formation
sciencealert.com : extraordinary “trinary” black hole system is the first of its kind ever found
iflscience.com : first “black hole triple” challenges models of how giant stars die
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
