สมาคมดาราศาสตร์ไทย

หลุมดำมวลยวดยิ่งในเมฆมาเจลันใหญ่

หลุมดำมวลยวดยิ่งในเมฆมาเจลันใหญ่

18 ก.พ. 2568
รายงานโดย: วิมุติ วสะหลาย (wimut@hotmail.com)
ดาวฤกษ์ทุกดวงมีการเคลื่อนที่ตลอดเวลา ดวงอาทิตย์ของเราก็โคจรรอบใจกลางดาราจักรทางช้างเผือก ดาวฤกษ์ดวงอื่นในดาราจักรก็โคจรไปรอบดาราจักรเช่นกัน 

ดาวฤกษ์ส่วนใหญ่ในดาราจักรทางช้างเผือกเคลื่อนที่ด้วยความเร็วประมาณ 100 กิโลเมตรต่อวินาที แต่ในปี 2548 นักดาราศาสตร์ค้นพบดาวฤกษ์จำนวนหนึ่งที่เคลื่อนที่เร็วกว่าดาวทั่วไปมาก บางดวงอาจมีความเร็วได้ถึงระดับ 1,000 กิโลเมตรต่อวินาทีซึ่งสูงกว่าความเร็วหลุดพ้นของดาราจักรทางช้างเผือกเลยทีเดียว  นักดาราศาสตร์ประเมินว่าในทางช้างเผือกมีดาวจำพวกนี้ราว 1,000 ดวง 

นักดาราศาสตร์อธิบายถึงสาเหตุที่มีดาวความเร็วสูงมากเช่นนี้ว่า ดาวพวกนี้เคยเป็นสมาชิกของระบบดาวคู่ แต่ดาวคู่นั้นได้เข้าใกล้ใจกลางทางช้างเผือกมาก ซึ่งที่นั่นมีหลุมดำมวลยวดยิ่งอยู่ เมื่อถึงจุดหนึ่ง ดาวดวงหนึ่งในระบบดาวคู่ได้ถูกหลุมดำดูดกลืนไป ส่วนอีกดวงหนึ่งก็กระเด็นหลุดออกมาภายนอกด้วยความเร็วสูงมาก กลไกการกระเด็นนี้เรียกว่า กลไกของฮิลล์ (Hill's Mechanism)

นักดาราศาสตร์คณะหนึ่ง นำโดย จีวอน ฮัน จากมหาวิทยาลัยฮาร์เวิร์ดและศูนย์ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ของสมิทโซเนียนได้ศึกษาเกี่ยวกับดาวความเร็วสูงพวกนี้และพบว่า ดาวบางดวงในกลุ่มนี้ไม่ได้มาจากใจกลางดาราจักรของเราแต่มาจากดาราจักรเมฆมาเจลันใหญ่ เพื่อนบ้านของเราเอง 

ดาราจักรเมฆมาเจลันใหญ่ (Large Magellanic Cloud) ดาราจักรแคระเพื่อนบ้านของทางช้างเผือก มีหลุมดำมวลยวดยิ่งอยู่ด้วย (จาก ESO/VMC Survey)

ย้อนหลังไปในปี 2549 นักวิทยาศาสตร์ได้ตีพิมพ์ผลงานการวิจัยดาวฤกษ์ความเร็วสูงมากในดาราจักรทางช้างเผือก การศึกษานั้นพบว่า มีดาวความเร็วสูงมาก 21 ดวงที่เป็นดาวชนิดบีซึ่งเป็นดาวในแถบลำดับหลัก มีตำแหน่งอยู่ในส่วนนอกของกลดดาราจักร สมบัติของดาวเหล่านี้ดูจะสอดคล้องกับดาวที่กระเด็นออกมาจากใจกลางดาราจักรตามกลไกของฮิลล 

การวิจัยของฮันในครั้งนี้เป็นการไปศึกษาดาวทั้ง 21 ดวงนั้นอีกครั้ง แต่ครั้งนี้นักวิทยาศาสตร์มีเครื่องมีที่มีประสิทธิภาพมากกว่า นั่นคือ ดาวเทียมไกอา 

ดาวเทียมไกอาเป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศ ประจำอยู่ที่ตำแหน่งจุดแอล ของระบบดวงอาทิตย์-โลก ไกอาได้บันทึกตำแหน่งและความเร็วของดาวฤกษ์นับพันล้านดวง  และเมื่อไกอาสำรวจดาวความเร็วสูง 21 ดวงนี้ พบว่า ครึ่งหนึ่งในจำนวนนี้ไม่ได้มีทิศทางมาจากใจกลางทางช้างเผือก แต่มาจากดาราจักรเมฆมาเจลันใหญ่

แผนภูมิแสดงผลการวิเคราะห์ดาวความเร็วสูงของคณะของฮัน พบว่า ใน 16 ดวงมีต้นกำเนิดมาจากใจกลางดาราจักรเมฆมาเจลันใหญ่  (จาก Han et al. 2025.)


นี่อาจเป็นครั้งแรกที่นักดาราศาสตร์ได้ยินเรื่องเกี่ยวกับหลุมดำมวลยวดยิ่งในเมฆมาเจลันใหญ่ นักดาราศาสตร์เข้าใจว่ามีเพียงดาราจักรขนาดใหญ่เท่านั้นที่มีหลุมดำมวลยวดยิ่งอยู่ที่ใจกลาง ส่วนดาราจักรขนาดเล็กไม่มี โดยเฉพาะดาราจักรเมฆมาเจลันใหญ่ซึ่งเป็นดาราจักรแคระก็ไม่น่าจะมีเช่นกัน ซึ่งหากจะมีหลุมดำใหญ่ที่ใจกลางจริงก็ไม่อาจจะมีมวลมากพอที่จัดว่าเป็นหลุมดำมวลยวดยิ่งได้ และหากจะมีจริง การตรวจหาในดาราจักรจำพวกนี้ก็ทำได้ยากเพราะหลุมดำจะไม่มีความคึกคักมากนัก 

หรือว่าดาวความเร็วสูงที่มาจากเมฆมาเจลันใหญ่จะเกิดจากกระบวนการอื่น ไม่ได้มาจากหลุมดำมวลยวดยิ่ง เพราะซูเปอร์โนวา หรืออันตรกิริยาทางความโน้มถ่วงระหว่างดาวก็ทำให้เกิดดาวความเร็วสูงได้เช่นกัน นักวิทยาศาสตร์ผู้เขียนรายงานการวิจัยฉบับนี้กล่าวว่า อัตราเกิดและการเกาะกลุ่มของดาวความเร็วสูงจากเมฆมาเจลันใหญ่ไม่สอดคล้องกับการเกิดจากซูเปอร์โนวาหรืออันตรกิริยาทางความโน้มถ่วงแบบอื่นที่ไม่มีหลุมดำมวลยวดยิ่งมาเกี่ยวข้อง นั่นเป็นหลักฐานที่ช่วยเสริมว่า ในเมฆมาเจลันใหญ่มีหลุมดำมวลยวดยิ่งอยู่จริง

หลักฐานสำคัญอีกชิ้นหนึ่งที่สนับสนุนว่ามีหลุมดำมวลยวดยิ่งในเมฆมาเจลันใหญ่คือการที่พบว่าบริเวณกลุ่มดาวสิงโตมีความหนาแน่นของดาวฤกษ์มากกว่าบริเวณอื่น ซึ่งในแบบจำลองที่ฮันสร้างขึ้นก็แสดงถึงการกระจุกตัวนี้เช่นกัน 

แบบจำลองของฮันแสดงว่าดาวเกือบทุกดวงในบริเวณกลุ่มดาวสิงโตมาจากเมฆมาเจลันใหญ่  เป็นดาวฤกษ์ที่ถูกหลุมดำมวลยวดยิ่งที่มีมวลประมาณ 600,000 มวลสุริยะในเมฆมาเจลันใหญ่เหวี่ยงออกมาจนมาถึงดาราจักรทางช้างเผือก และบางดวงปรากฏอยู่ในบริเวณกลุ่มดาวสิงโตในปัจจุบัน

แบบจำลองของคณะของฮันพบว่ามีบริเวณหนึ่งในทางช้างเผือกในทิศทางของกลุ่มดาวสิงโตที่มีความหนาแน่นของดาวมากกว่าปกติ วงกลมเล็กคือตำแหน่งของดาวความเร็วสูงที่คณะนี้ค้นพบ พื้นที่สีเทาคือบริเวณของท้องฟ้าที่คณะนี้ไม่ได้สำรวจ จะเห็นว่าบริเวณที่มีดาวความเร็วสูงมากคือกลุ่มดาวสิงโต ซึ่งสอดคล้องกับข้อมูลที่ได้จากการสำรวจจริง  (จาก Han et al. 2025.)

การค้นพบนี้ล้มล้างความเข้าใจดั้งเดิมของนักดาราศาสตร์ที่คิดว่ามีเพียงดาราจักรขนาดใหญ่เท่านั้นที่มีหลุมดำมวลยวดยิ่ง บางทีอาจถึงคราวที่นักดาราศาสตร์ต้องกลับไปทบทวนความเข้าใจด้านการกำเนิดและวิวัฒนาการของดาราจักรเสียใหม่