ครั้งแรกในประวัติศาสตร์! นักดาราศาสตร์เผยภาพหลุมดำคู่ โคจรรอบกันในใจกลางควอซาร์อันไกลโพ้น

นักดาราศาสตร์ประสบความสำเร็จในการถ่ายภาพหลุมดำมวลยิ่งยวด 2 ดวงที่กำลังโคจรรอบซึ่งกันและกันได้เป็นครั้งแรกของโลก โดยหลุมดำคู่นี้ซ่อนตัวอยู่ในใจกลางของควอซาร์ OJ287 ที่อยู่ห่างจากโลกถึง 4,000 ล้านปีแสง การค้นพบครั้งประวัติศาสตร์นี้ไม่เพียงแต่ยืนยันสมมติฐานที่มีมายาวนานกว่า 40 ปี แต่ยังเปิดหน้าต่างบานใหม่สู่การทำความเข้าใจพฤติกรรมของวัตถุที่ลึกลับที่สุดในเอกภพ

ไขปริศนาแห่งควอซาร์ OJ287

ควอซาร์ (Quasar) หรือชื่อเต็มคือ “วัตถุกึ่งดาว” (quasi-stellar object) คือใจกลางของกาแล็กซีที่สว่างไสวอย่างยิ่งยวด มีขุมพลังเป็น #หลุมดำมวลยิ่งยวด (Supermassive Black Hole) ที่ใจกลาง คอยดูดกลืนมวลสารมหาศาลที่อยู่รอบๆ ตัว เมื่อมวลสารเหล่านี้ถูกดูดเข้าไป มันจะก่อตัวเป็นจานพอกพูนมวล (Accretion Disk) ที่หมุนวนด้วยความเร็วสูงเกือบเท่าแสงและปลดปล่อยพลังงานมหาศาลออกมาในรูปของรังสีต่างๆ ทำให้ใจกลางกาแล็กซีสว่างเจิดจ้ากว่าดาวฤกษ์ทั้งหมดในกาแล็กซีรวมกันเสียอีก

สำหรับควอซาร์ OJ287 ซึ่งอยู่ในกลุ่มดาวปู (Cancer) ถูกค้นพบโดยบังเอิญตั้งแต่ศตวรรษที่ 19 แต่ความลับของมันเพิ่งจะเริ่มถูกตั้งเป็นทฤษฎีในปี ค.ศ. 1982 โดยนักดาราศาสตร์ฟินแลนด์ชื่อ ไอโม ซิลลันแป (Aimo Sillanpää) ผู้สังเกตเห็นว่าความสว่างของ OJ287 เปลี่ยนแปลงอย่างเป็นคาบทุกๆ 12 ปี เขาจึงตั้งสมมติฐานว่า ณ ใจกลางของควอซาร์แห่งนี้ไม่ได้มีหลุมดำเพียงดวงเดียว แต่อาจมีหลุมดำ 2 ดวงกำลังโคจรรอบกันอยู่

ทีมนักดาราศาสตร์นานาชาติ นำโดย เมารี เจ. วาลโตเนน (Mauri J. Valtonen) จากมหาวิทยาลัยตุรกุ ประเทศฟินแลนด์ ได้ติดตามศึกษา OJ287 มาอย่างยาวนานเพื่อพิสูจน์ทฤษฎีนี้ พวกเขาประเมินว่าระบบนี้ประกอบด้วย

หลุมดำหลัก มีมวลมหาศาลถึง 18,000 ล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์
หลุมดำรอง มีมวล 150 ล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์

แบบจำลองทำนายว่า ในวงโคจรที่ใช้เวลา 12 ปี หลุมดำรองจะพุ่งเข้าชนจานพอกพูนมวลของหลุมดำหลักถึง 2 ครั้ง ทำให้เกิดการปะทุของแสงสว่างจ้าออกมาอย่างรุนแรง

ความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดคือการถ่ายภาพวัตถุทั้งสองที่อยู่ใกล้กันและไกลจากโลกมหาศาลเช่นนี้ได้ แม้แต่กล้องโทรทรรศน์อวกาศ TESS ของนาซาก็ไม่สามารถแยกภาพหลุมดำทั้งสองออกจากกันได้ แต่ในที่สุด ทีมวิจัยก็ทำสำเร็จโดยใช้เทคนิคที่เรียกว่า VLBI (Very Long Baseline Interferometer) ซึ่งเป็นการเชื่อมต่อสัญญาณจากกล้องโทรทรรศน์วิทยุหลายแห่งทั่วโลกให้ทำงานร่วมกันเสมือนเป็นกล้องโทรทรรศน์ขนาดมหึมาเพียงตัวเดียว โดยมีพระเอกสำคัญคือดาวเทียม #RadioAstron ที่มีวงโคจรไกลออกไปถึงครึ่งทางของดวงจันทร์ ทำให้ได้ภาพที่มีความละเอียดสูงอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน

“ภาพของหลุมดำทั้งสองถูกถ่ายไว้เมื่อทศวรรษก่อนด้วยระบบกล้องโทรทรรศน์วิทยุที่รวมถึงดาวเทียม RadioAstron” วาลโตเนนอธิบาย “เมื่อเรานำภาพถ่ายทางวิทยุที่ได้มาเปรียบเทียบกับการคำนวณทางทฤษฎี เราก็พบว่าหลุมดำทั้งสองดวงอยู่ในตำแหน่งที่คาดการณ์ไว้ไม่มีผิดเพี้ยน”

ภาพที่ได้เผยให้เห็นเจ็ต (Jet) หรือลำอนุภาคพลังงานสูงที่พุ่งออกมาจากหลุมดำทั้งสองดวง ซึ่งเป็นหลักฐานยืนยันการมีอยู่ของพวกมันโดยตรง เพราะตัวหลุมดำเองนั้นมืดสนิทจนมองไม่เห็น

นอกจากการยืนยันการมีอยู่ของหลุมดำคู่แล้ว ทีมวิจัยยังค้นพบสิ่งที่น่าสนใจอีกอย่างหนึ่ง นั่นคือเจ็ตที่พุ่งออกมาจากหลุมดำรองมีลักษณะบิดเบี้ยวคล้าย “งูเลื้อย” (serpentine) ซึ่งเป็นผลมาจากการที่หลุมดำรองโคจรรอบหลุมดำหลักด้วยความเร็วสูง ทำให้ทิศทางของเจ็ตเปลี่ยนแปลงไปตามการเคลื่อนที่ของมัน

การค้นพบครั้งนี้ถือเป็นการปิดฉากปริศนาที่ยาวนานถึง 4 ทศวรรษ และเป็นครั้งแรกที่เรามีภาพโดยตรงของหลุมดำสองดวงที่กำลังเต้นรำรอบกันและกัน ซึ่งจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างหลุมดำ การเกิดคลื่นความโน้มถ่วง และวิวัฒนาการของดาราจักรได้อย่างลึกซึ้งยิ่งขึ้นต่อไปในอนาค

ข้อมูลอ้างอิง: University of Turku, The Astrophysical Journal