กล้องฮับเบิลค้นพบหลุมดำจำนวนมากเกินคาดในยุคเริ่มต้นของเอกภพ

ทีมนักวิจัยนานาชาติจากภาควิชาดาราศาสตร์ มหาวิทยาลัยสตอกโฮล์ม (Stockholm University) ได้สร้างความประหลาดใจให้กับวงการดาราศาสตร์ด้วยการค้นพบครั้งสำคัญ ด้วยความช่วยเหลือจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล พวกเขาได้พบจำนวนหลุมดำในยุคแรกเริ่มของเอกภพที่มากกว่าที่เคยมีการคาดการณ์ไว้ การค้นพบครั้งนี้ไม่เพียงแต่เปิดมุมมองใหม่ แต่ยังช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ไขปริศนาการก่อกำเนิดของหลุมดำมวลยิ่งยวด (supermassive black holes) ซึ่งเป็นหัวใจสำคัญของการทำความเข้าใจจักรวาล

ปัจจุบันนี้ นักวิทยาศาสตร์ยังไม่เข้าใจว่าหลุมดำแรกเริ่มก่อตัวขึ้นได้อย่างไร หลังจากเหตุการณ์บิกแบง (Big Bang) ไม่นาน อย่างไรก็ตาม เราทราบว่าหลุมดำมวลยิ่งยวด ซึ่งมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์เป็นพันล้านเท่า ได้ดำรงอยู่ใจกลางกาแล็กซีหลายแห่งที่ก่อตัวขึ้นไม่ถึงหนึ่งพันล้านปีหลังบิกแบง

“วัตถุเหล่านี้จำนวนมากดูเหมือนจะมีมวลมากกว่าที่เราเคยคิดไว้ว่าจะเป็นไปได้ในช่วงเวลาเริ่มต้นเหล่านั้น ไม่ว่าพวกมันจะก่อตัวขึ้นด้วยมวลที่มหาศาล หรือพวกมันเติบโตอย่างรวดเร็วเป็นพิเศษ” อลิซ ยัง (Alice Young) นักศึกษาปริญญาเอกของมหาวิทยาลัยสตอกโฮล์ม และผู้ร่วมเขียนงานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร The Astrophysical Journal Letters อธิบาย

หลุมดำมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในวงจรชีวิตของกาแล็กซีทุกแห่ง แต่ยังคงมีความไม่แน่นอนอย่างมากในความเข้าใจของเราเกี่ยวกับวิวัฒนาการของกาแล็กซี เพื่อให้ได้ภาพที่สมบูรณ์ของความเชื่อมโยงระหว่างวิวัฒนาการของกาแล็กซีและหลุมดำ นักวิจัยได้ใช้กล้องฮับเบิลสำรวจจำนวนหลุมดำที่มีอยู่ในกลุ่มกาแล็กซีที่จางแสง ในช่วงที่เอกภพมีอายุเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์ของอายุในปัจจุบัน

การสังเกตการณ์เบื้องต้นของพื้นที่สำรวจถูกถ่ายภาพซ้ำโดยกล้องฮับเบิลในอีกหลายปีต่อมา ซึ่งช่วยให้ทีมงานสามารถวัดความผันผวนของความสว่างของกาแล็กซีได้ ความผันผวนเหล่านี้เป็นสัญญาณบ่งชี้ที่ชัดเจนของหลุมดำ และทีมงานได้ระบุหลุมดำได้มากกว่าที่เคยพบด้วยวิธีอื่น ๆ อย่างน่าประหลาดใจ

ผลการสังเกตการณ์ใหม่นี้ชี้ให้เห็นว่าหลุมดำบางแห่งอาจก่อตัวขึ้นจากการยุบตัวของดาวฤกษ์ดึกดำบรรพ์ (pristine stars) ที่มีมวลมหาศาลในช่วงหนึ่งพันล้านปีแรกของกาลเวลาในจักรวาล ดาวฤกษ์ประเภทนี้สามารถมีอยู่ได้เฉพาะในช่วงต้นของเอกภพเท่านั้น เนื่องจากดาวฤกษ์รุ่นต่อ ๆ มาจะปนเปื้อนด้วยซากของดาวฤกษ์ที่เคยมีชีวิตอยู่และสิ้นอายุขัยไปแล้ว สำหรับทางเลือกอื่น ๆ ในการก่อตัวของหลุมดำ ได้แก่ การยุบตัวของกลุ่มก๊าซ, การรวมตัวกันของดาวฤกษ์ในกระจุกดาวขนาดใหญ่, และหลุมดำยุคแรกเริ่ม (primordial black holes) ซึ่งก่อตัวขึ้น (ด้วยกลไกทางฟิสิกส์ที่ยังคงเป็นข้อถกเถียง) ในไม่กี่วินาทีแรกหลังบิกแบง

ด้วยข้อมูลใหม่เกี่ยวกับการก่อตัวของหลุมดำนี้ จะสามารถสร้างแบบจำลองการก่อตัวของกาแล็กซีที่แม่นยำยิ่งขึ้นได้ นายแมทธิว เฮย์ส (Matthew Hayes) จากภาควิชาดาราศาสตร์ มหาวิทยาลัยสตอกโฮล์ม และหัวหน้าทีมวิจัยกล่าวว่า “กลไกการก่อตัวของหลุมดำยุคแรกเริ่มเป็นส่วนสำคัญของปริศนาวิวัฒนาการของกาแล็กซี เมื่อรวมกับแบบจำลองการเติบโตของหลุมดำ การคำนวณวิวัฒนาการของกาแล็กซีสามารถวางอยู่บนพื้นฐานทางฟิสิกส์ที่มีเหตุผลมากขึ้น ด้วยแผนการที่แม่นยำว่าหลุมดำเกิดขึ้นได้อย่างไรจากการยุบตัวของดาวฤกษ์มวลมาก”

นักดาราศาสตร์ยังคงทำการสังเกตการณ์อย่างต่อเนื่องด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (James Webb Space Telescope) เพื่อค้นหาหลุมดำในกาแล็กซีที่ก่อตัวขึ้นไม่นานหลังบิกแบง เพื่อทำความเข้าใจเกี่ยวกับมวลและตำแหน่งของพวกมันอย่างลึกซึ้งยิ่งขึ้น

ข้อมูลอ้างอิง: NASA/ESA

• Hubble finds more black holes than expected in the early Universe