หลุมดำกลางกระจุกดาว 47 นกทูแคน

21 ก.พ. 2560 รายงานโดย: วิมุติ วสะหลาย (wimut@hotmail.com)
หลุมดำมีสองประเภทใหญ่ ๆ ประเภทแรกมีมวลอยู่ในระดับดาวฤกษ์ อาจมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ไม่กี่เท่า อีกประเภทคือ หลุมดำยักษ์ มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์เป็นล้านเท่าหรืออาจมากถึงเป็นพันล้านเท่า เป็นสองประเภทที่มวลแตกต่างกันอย่างสุดขั้ว 

นักดาราศาสตร์เชื่อว่าหลุมดำยักษ์มีต้นกำเนิดเป็นหลุมดำมวลดาวฤกษ์ ที่พอกพูนสะสมมวลมากขึ้นเรื่อย ๆ จนเติบโตเป็นหลุมดำยักษ์ หากทฤษฎีนี้เป็นจริง ก็ควรจะมีหลุมดำที่มีมวลระหว่าง 100-10,000 เท่าของดวงอาทิตย์ ซึ่งเป็นมวลก้ำกึ่งระหว่างหลุมดำมวลดาวฤกษ์กับหลุมดำยักษ์ แต่จนถึงปัจจุบันยังไม่เคยมีการพบหลุมดำรุ่นกลางจริง ๆ เลย 

บูเลนต์ คิซิลตัน จากศูนย์ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ฮาวาร์ด-สมิทโซเนียนอาจพบหลุมดำเช่นว่านี้แล้วจริง ๆ เป็นหลุมดำอยู่กลางกระจุกดาว 47 นกทูแคน (47 Tucanae)

กระจุกดาว 47 นกทูแคน เป็นกระจุกดาวทรงกลม อยู่ห่างจากโลก 13,000 ถึง 16,000 ปีแสงในทิศทางของกลุ่มดาวนกทูแคน เป็นกลุ่มของดาวฤกษ์จำนวนหลายแสนดวงเกาะกันอยู่ภายในทรงกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 120 ปีแสง 

การตรวจหาหลุมดำไม่ใช่เรื่องง่าย เนื่องจากหลุมดำไม่เปล่งแสงใด ๆ ออกมา นักดาราศาสตร์จึงค้นหาหลุมดำจากการค้นหาจากรังสีเอกซ์ที่แผ่ออกมาจากแก๊สร้อนบริเวณรอบที่กำลังไหลวนเข้าสู่หลุมดำ แต่วิธีนี้จะได้ผลเฉพาะกับหลุมดำที่มีแหล่งแก๊สอยู่ใกล้ ๆ แต่ในกระจุกดาว 47 นกทูแคนแทบไม่มีแก๊สระหว่างดาวเลย หากมีหลุมดำในกระจุกดาวนี้ ก็จะเป็นหลุมดำอดอยากเพราะไม่มีแก๊สให้กลืนกิน การตรวจหาหลุมดำในกระจุกดาวนี้จึงยากมาก

ตัวอย่างของหลุมดำอดอยากอีกแห่งหนึ่งก็คือ หลุมดำยักษ์กลางดาราจักรทางช้างเผือกของเรา นักดาราศาสตร์พบหลุมดำยักษ์กลางดาราจักรอื่นมาแล้วมากมาย แต่ในดาราจักรทางช้างเผือกบ้านของตัวเองกลับหาไม่พบมาเป็นเวลานาน ทั้งนี้เนื่องจากใจกลางดาราจักรทางช้างเผือกไม่มีแก๊สมากพอให้หลุมดำกลืนจนแผ่รังสีออกมาให้สังเกตได้ กว่าจะพิสูจน์ได้ว่ากลางดาราจักรทางช้างเผือกมีหลุมดำยักษ์จริงก็ต้องใช้วิธีอื่น นั่นคือการสังเกตการเคลื่อนที่ของดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้เคียงแล้วนำมาใช้คำนวณหามวลจากวัตถุที่มองไม่เห็นที่ส่งแรงโน้มถ่วงดึงดูดดาวเหล่านั้นอยู่ แต่สำหรับกระจุกดาว 47 นกทูแคนซึ่งมีดาวฤกษ์บริเวณใจกลางแออัดมาก การวัดความเร็วของดาวฤกษ์แต่ละดวงในกระจุกจึงทำไม่ได้ 

งานวิจัยของคิซิลตันได้อาศัยหลักฐานที่มาจากวิธีที่แตกต่างไปโดยสิ้นเชิง หลักฐานแรกคือ จากการเคลื่อนที่โดยรวมของดาวฤกษ์ทั้งกระจุก สภาพแวดล้อมภายในกระจุกดาวทรงกลมหนาแน่นมากจนดาวฤกษ์ดวงที่หนักมีแนวโน้มจะจมลงสู่ใจกลาง หากภายในกระจุกดาวมีหลุมดำ หลุมดำจะทำหน้าที่เหมือนไม้คนที่คอยกวนให้ดาวเหล่านั้นเคลื่อนที่เร็วขึ้นและแกว่งกระเด็นออกมาไกลขึ้น การวิเคราะห์การเคลื่อนที่ของดาวในกระจุกจะบอกได้ว่ามีหลุมดำ ด้วยการสร้างแบบจำลองกระจุกดาวด้วยคอมพิวเตอร์แล้วเปรียบเทียบกับการเคลื่อนที่จริงของดาว พบว่าในกระจุกดาวจะต้องมีหลุมดำจึงจะทำให้ดาวต่าง ๆ ของ 47 นกทูแคนมีการเคลื่อนที่เป็นไปตามที่ปรากฏได้

อีกหลักฐานหนึ่งมาจากการพบว่ามีพัลซาร์หนึ่งในกระจุกดาวถูกเหวี่ยงออกมาไกลจากใจกลางกระจุกมาก ซึ่งจะเป็นไปได้ก็ต่อเมื่อมีหลุมดำอยู่ที่ใจกลางเท่านั้น

นักดาราศาสตร์คำนวณว่าหลุมดำในกระจุกดาว 47 นกทูแคนนี้ มีมวล 2,200 เท่าของดวงอาทิตย์

นักดาราศาสตร์คาดว่า กระจุกดาวทรงกลมอื่นก็อาจมีหลุมดำอยู่ที่ใจกลางเช่นเดียวกัน และด้วยเงื่อนไขเช่นเดียวกับกระจุกดาว 47 นกทูแคน การค้นหาหลุมดำในกระจุกดาวทรงกลมอื่นก็คงต้องใช้วิธีคล้ายกับที่ใช้กับการค้นพบครั้งนี้

ที่มา:

ข่าวที่คล้ายกัน: