สมาคมดาราศาสตร์ไทย

หลุมดำมวลปานกลางในโอเมกาคนครึ่งม้า

หลุมดำมวลปานกลางในโอเมกาคนครึ่งม้า

2 ส.ค. 2567
รายงานโดย: วิมุติ วสะหลาย (wimut@hotmail.com)
ในบรรดาศัพท์แสงทางดาราศาสตร์ทั้งหลาย คำว่าหลุมดำน่าจะเป็นชื่อที่ถูกเอ่ยถึงและคุ้นหูมากที่สุด ในขณะเดียวกันก็เป็นวัตถุที่ลึกลับที่สุดชนิดหนึ่งในเอกภพ แม้จะถูกเอ่ยถึงบ่อยครั้ง แต่นักดาราศาสตร์ก็ยังรู้จักวัตถุชนิดนี้ไม่มากนัก ยังมีความลับอีกมากมายเกี่ยวกับหลุมดำที่ยังดำมืดเหมือนชื่อ

หลุมดำมีสองประเภทใหญ่คือ ๆ หลุมดำมวลดาวฤกษ์ ซึ่งมีมวลอยู่ในระดับเดียวกับดาวฤกษ์มวลสูง อย่างมากก็ไม่เกิน 100 มวลสุริยะ และอีกประเภทหนึ่งคือ หลุมดำมวลยวดยิ่ง ซึ่งเป็นหลุมดำที่มีมวลสูงมาก มีมวลตั้งแต่หลายล้านมวลสุริยะขึ้นไป พบอยู่ใจกลางของดาราจักรขนาดใหญ่เกือบทุกดาราจักร 

ต้นกำเนิดของหลุมดำมวลดาวฤกษ์ค่อนข้างชัดเจน ว่าเกิดจากดาวฤกษ์ที่หมดอายุขัยยุบตัวไป หรืออาจเกิดจากหลุมดำมวลดาวฤกษ์มาชนกันและหลอมรวมกันจนใหญ่ขึ้น 

แต่สำหรับหลุมดำมวลยวดยิ่ง นักดาราศาสตร์ยังคงไม่เข้าใจว่าหลุมดำประเภทนี้เกิดขึ้นมาได้อย่างไร ทฤษฎีหนึ่งเสนอว่า เกิดจากหลุมดำมวลดาวฤกษ์หลายดวงมาชนและหลอมรวมกันหลายต่อหลายครั้งจนมีมวลสะสมมากจนถึงระดับที่เป็นอยู่

หากเป็นเช่นนั้นจริง ในเอกภพก็ควรจะมีหลุมดำที่มีมวลอยู่ในย่านระหว่างหลุมดำมวลดาวฤกษ์และหลุมดำมวลยวดยิ่งจำนวนมาก ซึ่งแสดงถึงหลุมดำที่กำลังเติบโตจากหลุมดำรุ่นเล็กไปสู่หลุมดำรุ่นใหญ่

แต่ก็ไม่เป็นเช่นนั้น จนถึงปัจจุบัน นักดาราศาสตร์พบหลุมดำที่มีมวลในช่วงดังกล่าวน้อยมาก เรียกว่า หลุมดำมวลปานกลาง (Intermediate blackhole) เป็นไปได้อย่างไรที่ในสังคมจะมีแต่เด็กและคนชราแต่ไม่มีประชากรในวัยรุ่นและวัยผู้ใหญ่เลย

กระจุกดาวโอเมกาคนครึ่งม้า แสดงตำแหน่งของวัตถุที่คาดว่าจะเป็นหลุมดำมวลปานกลาง  (จาก ESA/Hubble NASA, M. Häberle)

นักดาราศาสตร์คณะหนึ่งนำโดย มักซิมิเลียน แฮเบอเลอ นักศึกษาปริญญาเอกจากสถาบันมักซ์พลังค์ในเยอรมนี ได้ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลศึกษาดาวฤกษ์จำนวน ดวงในกระจุกดาวโอเมกาคนครึ่งม้า (Omega Centauri) เป็นเวลานานถึง 20 ปี ดาวฤกษ์เจ็ดดวงนี้มีลักษณะพิเศษที่ต้องจับตาเพราะมีการเคลื่อนที่เร็วมาก

กระจุกดาวโอเมกาคนครึ่งม้า เป็นกระจุกดาวทรงกลม อยู่ห่างจากโลก 17,000 ปีแสง มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 150 ปีแสง มีอายุเก่าแก่ถึง 11.5 พันล้านปี มีดาวฤกษ์ในกระจุกนี้มากราว 10 ล้านดวง แต่ละดวงมีมวลเฉลี่ย มวลสุริยะ 

"ดาวเจ็ดดวงนี้เคลื่อนที่ด้วยความเร็วมากกว่าความเร็วหลุดพ้นของกระจุกดาว มันควรจะหลุดจากกระจุกไปนานแล้ว แต่การที่ยังคงอยู่ในกระจุกได้ แสดงว่าต้องมีบางสิ่งที่มีแรงโน้มถ่วงสูงเหนี่ยวรั้งเอาไว้อยู่ที่ใจกลาง วัตถุที่มีมวลพอจะจะทำเช่นนั้นได้มีเพียงสิ่งเดียวเท่านั้นคือหลุมดำ ซึ่งเราคำนวณเอาได้ว่า หลุมดำที่ว่านี้จะต้องมีมวลประมาณ 8,200 เท่าของดวงอาทิตย์ 


เทียบกับหลุมดำมวลยวดยิ่งของดาราจักรทางช้างเผือกมีมวลประมาณ 4,3 ล้านมวลสุริยะแล้ว หลุมดำในกระจุกดาวโอเมกาคนครึ่งม้ามีมวลน้อยกว่ามาก และจัดอยู่ในประเภทของหลุมดำมวลปานกลางอย่างไม่ต้องสงสัย 

การค้นพบครั้งนี้นับเป็นหลักฐานที่ชัดเจนที่สุดว่าในกระจุกดาวโอเมกาคนครึ่งม้ามีหลุมดำมวลปานกลางอยู่จริง และยังให้รายละเอียดถึงมวลของหลุมดำอีกด้วย 

หากมีหลักฐานอื่นมาช่วยยืนยันได้ว่าวัตถุนี้เป็นหลุมดำจริง จะทำให้หลุมดำของโอเมกาคนครึ่งม้าเป็นหลุมดำที่ไม่ใช่หลุมดำมวลดาวฤกษ์ที่ใกล้โลกที่สุด ใกล้กว่าหลุมดำคนยิงธนูเอ* ที่อยู่ใจกลางดาราจักรทางช้างเผือกเสียอีก และจะทำให้การศึกษาวัตถุประเภทนี้ง่ายและสะดวกมากขึ้นด้วย 
กระจุกดาวโอเมกาคนครึ่งม้า

กระจุกดาวโอเมกาคนครึ่งม้า

ที่มา: