หลุมดำที่ซ่อนตัวอย่างมิดชิดในกาแลคซีแคระ
ด้วยการใช้ข้อมูลช่วงต้นจากเครื่องมือตรวจสอบสเปคตรัมพลังงานมืด ทีมนักวิทยาศาสตร์ได้ตรวจสอบกาแลคซีแคระซึ่งมีหลุมดำที่กำลังกลืนกินวัสดุสารอย่างหิวโหย กลุ่มใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยทำมา เช่นเดียวกับว่าที่หลุมดำมวลปานกลางอีกจำนวนหนึ่ง งานเผยแพร่ใน Astrophysical Journal
ความสำเร็จทั้งสองประเด็นนี้ไม่เพียงแต่ขยายความเข้าใจของนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับประชากรหลุมดำในเอกภพ แต่ยังกลายเป็นฐานให้กับการสำรวจในอนาคตเกี่ยวกับการก่อตัวของหลุมดำแห่งแรกๆ สุดในเอกภพและบทบาทของพวกมันต่อวิวัฒนาการกาแลคซี
DESI(Dark Energy Spectroscopic Instrument) เป็นเครื่องมืออันละเอียดอ่อนที่สามารถเก็บแสงจากกาแลคซี 5000 แห่งได้ในคราวเดียวกัน DESI ติดตั้งที่กล้องโทรทรรศน์มายัลขนาด 4 เมตรที่หอสังเกตการณ์แห่งชาติ คิตต์พีค เป็นโครงการของมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ ขณะนี้ โครงการอยู่ในปีที่สี่จากห้าปีที่สำรวจท้องฟ้าและจะสำรวจกาแลคซีและเควซาร์ได้ราว 40 ล้านแห่งเมื่อสิ้นสุดโครงการ DESI เป็นความร่วมมือนานาชาติที่มีนักวิจัยมากกว่า 900 คนจากสถาบันกว่า 70 แห่งรอบโลก
DESI เป็นโครงการสำรวจ 5 ปีเพื่อสร้างภาพเอกภพในแบบสามมิติที่ใหญ่ที่สุด ภาพปก ภาพจากศิลปินแสดงกาแลคซีแคระแห่งหนึ่งที่มีนิวเคลียสกาแลคซีกัมมันต์(active galactic nucleus) เป็นหลุมดำที่กำลังกลืนกินวัสดุสารอย่างตะกละ ในพื้นหลังเป็นแคระอื่นๆ อีกมากมายที่มีหลุมดำกิจกรรมสูงเช่นกัน เช่นเดียวกับกาแลคซีชนิดอื่นๆ ที่มีหลุมดำมวลปานกลางอยู่
ด้วยข้อมูลช่วงต้นจาก DESI ซึ่งรวมการสำรวจที่ยอมรับแล้วและมีสัดส่วน 20% จากการทำงานปีแรก ทีมซึ่งนำโดยนักวิจัยหลังปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยยูท่าห์ Ragadeepika Pucha ก็ได้ชุดข้อมูลที่รวมสเปคตรัมกาแลคซี 410,000 แห่ง ซึ่งรวมถึงกาแลคซีแคระราว 115,000 แห่ง ซึ่งเป็นกาแลคซีขนาดเล็กที่ฝ้าจาง มีดาวหลายพันจนถึงหลายพันล้านดวง และมีก๊าซอยู่เพียงเล็กน้อย
ชุดข้อมูลที่ได้ช่วยให้ทีมได้ศึกษาความสัมพันธ์อันซับซ้อนระหว่างวิวัฒนาการหลุมดำ กับวิวัฒนาการของกาแลคซีแคระ ในขณะที่นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ค่อนข้างมั่นใจว่ากาแลคซีมวลสูงทุกแห่งที่คล้ายกับทางช้างเผือกของเรา มีหลุมดำอยู่ในใจกลาง แต่ภาพเหล่านี้กลับไม่ชัดเจนเมื่อขยับสู่กาแลคซีมวลต่ำสุด
แค่การค้นหาหลุมดำก็เป็นเรื่องท้าทายแล้ว แต่การจำแนกหลุมดำในกาแลคซีแคระกลับยากยิ่งกว่า เนื่องจากขนาดที่เล็กของพวกมันและความสามารถของเครื่องมือปัจจุบันในการเปิดพื้นที่ใกล้กับวัตถุเหล่านั้นที่จำกัด
ภาพชุดแสดงว่าที่แคระที่มีนิวเคลียสกาแลคซีกัมมันต์ โดย HPC บนซูบารุ
อย่างไรก็ตาม หลุมดำที่กำลังกลืนกินวัสดุสารอย่างหิวโหยกลับพบได้ง่ายกว่า เมื่อหลุมดำแห่งหนึ่งในใจกลางกาแลคซีเริ่มต้นกิน มันจะปลดปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาลออกสู่สภาพแวดล้อม เปลี่ยนเป็นสิ่งที่เราเรียกว่า นิวเคลียสกาแลคซีกัมมันต์(active galactic nucleus; AGN) Pucha กล่าวกิจกรรมที่รุนแรงนี้ทำหน้าที่เป็นประภาคาร ช่วยให้เราได้จำแนกหลุมดำที่ซ่อนอยู่ในกาแลคซีขนาดเล็กเหล่านั้น
จากการสำรวจ ทีมได้จำแนกว่าที่แคระที่มี AGN ได้มากถึง 2500 แห่ง เป็นกลุ่มตัวอย่างที่มีขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยพบมา สัดส่วนของแคระที่มี AGN ที่สูงขึ้น(2%) เทียบกับการศึกษาก่อนหน้านั้น(ราว 0.5%) เป็นผลสรุปที่น่าตื่นเต้นและบอกว่านักวิทยาศาสตร์พลาดหลุมดำมวลต่ำไปจำนวนไม่น้อย
ในงานวิจัยอีกชิ้นจากข้อมูล DESI ทีมได้จำแนกว่าที่หลุมดำมวลปานกลาง(intermediate-mass black hole) 300 แห่ง ซึ่งเป็นชุดข้อมูลที่มีขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่ทำมาด้วย หลุมดำเกือบทั้งหมดแบ่งเป็นฝั่งเบา(stellar-mass black hole; หลุมดำมวลดวงดาว มีมวลไม่ถึง 100 เท่าดวงอาทิตย์) และ มวลมหาศาล(supermassive black hole; มีมวลมากกว่าล้านเท่าดวงอาทิตย์)
ภาพชุดแสดงว่าที่หลุมดำมวลปานกลาง เรียงจากมวลดาวน้อยไปมาก ภาพโดย Hyper Suprime Cam บนกล้องโทรทรรศน์ซูบารุ
หลุมดำที่มีมวลอยู่ตรงกลางพวกสุดขั้วทั้งสองฝั่ง ยังไม่เป็นที่เข้าใจดีนัก แต่โดยทฤษฎีก็น่าจะเป็นซากจากหลุมดำแห่งแรกๆ ที่ก่อตัวในเอกภพยุคต้น และเป็นเมล็ดพันธุ์สำหรับหลุมดำมวลมหาศาล
แต่พวกมันก็ยังคงพบได้ยาก โดยพบว่าที่หลุมดำมวลปานกลางแล้วเพียงไม่เกิน 150 แห่งเท่านั้นจนถึงตอนนี้ โดยประชากรว่าที่กลุ่มใหญ่จาก DESI ขณะนี้ นักวิทยาศาสตร์จึงมีชุดข้อมูลใหม่ที่ดีเพื่อจะใช้เพื่อศึกษาตัวปริศนาเหล่านี้
การออกแบบเทคโนโลจีของ DESI มีความสำคัญสำหรับโครงการนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ขนาดของเส้นไฟเบอร์ที่เล็ก ซึ่งช่วยให้เราซูมไปที่ใจกลางกาแลคซีได้ดีขึ้น และจำแนกสัญญาณยิบๆ ย่อยๆ จากหลุมดำที่กำลังกินอย่างเอร็ดอร่อยได้ Stephanie Juneau ผู้เขียนร่วมรายงาน กล่าว เทียบกับสเปคโตรกราฟไฟเบอร์อื่นๆ ที่มีเส้นใยไฟเบอร์ขนาดใหญ่กว่า ก็จะมีแสงจากชายขอบของกาแลคซีเข้ามาได้มากกว่าและเจือจางสัญญาณที่เรากำลังสำรวจหา นี่จึงอธิบายว่าเพราะเหตุใดเราจึงได้พบหลุมดำที่กำลังกินจำนวนมากขึ้นเมื่อเทียบกับความพยายามก่อนหน้านี้
กราฟแสดงจำนวนว่าที่แคระที่มี AGN จากการสำรวจก่อนหน้านี้ เทียบกับว่าที่ใหม่ๆ ที่ได้จาก DESI
โดยปกติ คาดการณ์กันว่าหลุมดำที่พบในกาแลคซีแคระก็จะอยู่ในขอบเขตพวกมวลปานกลาง แต่ที่น่าสนใจก็คือ มีว่าที่หลุมดำมวลปานกลางที่พบใหม่เพียง 70 แห่งเท่านั้นที่ซ้อนทับกับว่าที่แคระ AGN ส่วนที่เหลืออยู่ในกาแลคซีมวลปกติ นี่ยิ่งเพิ่มระดับความตื่นเต้นให้กับการค้นพบ และสร้างคำถามเกี่ยวกับการก่อตัวของหลุมดำและวิวัฒนาการภายในกาแลคซีว่าอาจจะซับซ้อนกว่าที่คิดไว้
Pucha กล่าวว่า ยกตัวอย่างเช่น มีความสัมพันธ์ใดๆ หรือไม่ระหว่างกลไกการก่อตัวของหลุมดำ กับชนิดของกาแลคซีที่มันสังกัดอยู่ ว่าที่หลุมดำใหม่ๆ จำนวนมากมายจะช่วยให้เราได้เจาะลึกสู่ปริศนาเหล่านี้ เติมความเข้าใจเกี่ยวกับหลุมดำและบทบาทของพวกมันต่อวิวัฒนาการกาแลคซีได้
แหล่งข่าว phys.org : DESI uncovers 300 intermediate-mass black holes plus 2500 active black holes in dwarf galaxies
sciencealert.com : hundreds of black hole “missing links” may have been discovered in new survey
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
