ภาพเลนส์ความโน้มถ่วงเกือกม้าจักรวาล (The Cosmic Horseshoe) หลุมดำมวลยิ่งยวดที่เพิ่งถูกค้นพบนี้ อยู่ ณ ใจกลางของกาแล็กซีสีส้มเบื้องหน้า ส่วนกาแล็กซีสีน้ำเงินที่อยู่ไกลออกไป คือภาพของกาแล็กซีพื้นหลังที่ถูกบิดเบือนจนมีรูปร่างเป็นวงแหวนเกือกม้า ด้วยผลจากความบิดโค้งของปริภูมิ-เวลา (Spacetime) ที่เกิดจากมวลมหาศาลของกาแล็กซีสีส้ม
นักดาราศาสตร์ได้ค้นพบหลุมดำที่อาจมีมวลมากที่สุดเท่าที่เคยตรวจจับได้ อสูรกายแห่งห้วงอวกาศนี้มีมวลประมาณ 3.6 หมื่นล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ ซึ่งเข้าใกล้ขีดจำกัดสูงสุดทางทฤษฎีของขนาดหลุมดำในจักรวาล และหนักกว่าหลุมดำ ณ ใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือกของเราถึง 10,000 เท่า
หลุมดำนี้อยู่ภายในหนึ่งในกาแล็กซีที่มีมวลมากที่สุดเท่าที่เคยสังเกตการณ์มา คือ กาแล็กซีเกือกม้าจักรวาล (Cosmic Horseshoe) ซึ่งมีขนาดใหญ่มากจนสามารถบิดเบือนปริภูมิ-เวลา (Spacetime) และทำให้แสงจากกาแล็กซีพื้นหลังที่เดินทางผ่าน บิดโค้งจนกลายเป็นวงแหวนรูปเกือกม้าขนาดใหญ่ ที่เรียกว่า วงแหวนไอน์สไตน์ (Einstein ring)
เป็นที่เชื่อกันว่าทุกกาแล็กซีในจักรวาลมีหลุมดำมวลอภิมหาศาล (Supermassive black hole) อยู่ที่ใจกลาง และกาแล็กซีที่ใหญ่กว่าก็จะมีหลุมดำที่ใหญ่กว่า ซึ่งเรียกว่า หลุมดำมวลยิ่งยวด (Ultramassive black hole)
ศาสตราจารย์โทมัส คอลเลตต์ (Professor Thomas Collett) นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยพอร์ตสมัธ (University of Portsmouth) กล่าวว่า “นี่เป็นหนึ่งในสิบอันดับแรกของหลุมดำมวลมากที่สุดที่เคยค้นพบ และมีความเป็นไปได้สูงที่จะเป็นหลุมดำที่ใหญ่ที่สุด การวัดมวลหลุมดำส่วนใหญ่ก่อนหน้านี้เป็นการวัดโดยอ้อมและมีความไม่แน่นอนค่อนข้างสูง แต่สำหรับหลุมดำนี้ เรามีความมั่นใจในค่ามวลที่วัดได้มากกว่ามาก ด้วยวิธีการใหม่ของเรา”
ทีมวิจัยตรวจพบหลุมดำแห่งนี้โดยใช้เทคนิคการเกิดเลนส์ความโน้มถ่วง (Gravitational lensing) ร่วมกับจลนศาสตร์ของดาวฤกษ์ (Stellar kinematics) ซึ่งคือการศึกษาการเคลื่อนที่ของดาวฤกษ์ภายในกาแล็กซี โดยทั่วไปแล้ว วิธีการศึกษาจลนศาสตร์ของดาวฤกษ์ถือเป็นมาตรฐานสูงสุดในการวัดมวลหลุมดำ แต่ใช้ได้ไม่ดีนักกับวัตถุที่อยู่ไกลในจักรวาล
ศาสตราจารย์คอลเลตต์อธิบายว่า การนำเทคนิคเลนส์ความโน้มถ่วงเข้ามาเสริม ช่วยให้ทีมมองเห็นได้ไกลออกไปในจักรวาลมากขึ้น
“เราตรวจพบผลกระทบของหลุมดำได้สองทาง คือ หนึ่ง มันบิดเบือนเส้นทางของแสงที่เดินทางผ่าน และสอง มันทำให้ดาวฤกษ์ในบริเวณใจกลางของกาแล็กซีเคลื่อนที่เร็วมาก เกือบ 400 กิโลเมตรต่อวินาที การรวมการวัดทั้งสองวิธีนี้เข้าด้วยกันทำให้เรามั่นใจได้อย่างสมบูรณ์ว่าหลุมดำนี้มีอยู่จริง”
การค้นพบนี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง เพราะจะช่วยให้นักดาราศาสตร์เข้าใจความเชื่อมโยงระหว่างหลุมดำมวลอภิมหาศาลและกาแล็กซีที่พวกมันอาศัยอยู่
“เราคิดว่าขนาดของทั้งสองมีความเชื่อมโยงกันอย่างใกล้ชิด เมื่อกาแล็กซีเติบโตขึ้น มันจะส่งสสารเข้าไปยังหลุมดำที่ใจกลาง สสารบางส่วนจะไปเพิ่มมวลให้หลุมดำ แต่ส่วนใหญ่จะส่องสว่างเจิดจ้าออกมาในรูปของเควซาร์ (Quasar) ซึ่งปลดปล่อยพลังงานมหาศาลเข้าไปในกาแล็กซีของมัน และหยุดยั้งการก่อตัวของดาวดวงใหม่จากกลุ่มแก๊ส” ศาสตราจารย์คอลเลตต์กล่าว
ลักษณะที่น่าสนใจอีกประการของระบบเกือกม้าจักรวาลคือ กาแล็กซีที่เป็นโฮสต์นั้นจัดเป็นกลุ่มฟอสซิล (Fossil group) ซึ่งเป็นสภาวะสุดท้ายของโครงสร้างที่ใหญ่ที่สุดในจักรวาลที่ยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงโน้มถ่วง เกิดขึ้นเมื่อกาแล็กซีบริวารทั้งหมดได้ยุบรวมกันจนเหลือเป็นกาแล็กซีขนาดใหญ่เพียงแห่งเดียว
ศาสตราจารย์คอลเลตต์กล่าวสรุปว่า “มีความเป็นไปได้ว่าหลุมดำมวลอภิมหาศาลทั้งหมดที่เคยอยู่ในกาแล็กซีข้างเคียงได้รวมตัวกันจนกลายเป็นหลุมดำมวลยิ่งยวดที่เราตรวจพบในครั้งนี้ ดังนั้น สิ่งที่เราเห็นคือสภาวะสุดท้ายของการก่อตัวของกาแล็กซีและสภาวะสุดท้ายของการก่อตัวของหลุมดำ”
ข้อมูลอ้างอิง: The Royal Astronomical Society (RAS)
- Most massive black hole ever discovered’ is detected
