แหวนอัญมณีแห่งห้วงอวกาศ

ภาพกาแล็กซีที่ถูกเลนส์ความโน้มถ่วงบิดเบือนให้มีลักษณะเป็นวงแหวนจางๆ ที่ด้านบนของวงแหวนมีจุดสว่างสามจุดเรียงกัน พร้อมกับแสงแฉก จุดสว่างเหล่านี้คือภาพจำลองของควอซาร์ที่ถูกเลนส์ความโน้มถ่วงสร้างขึ้น ตรงกลางวงแหวนมีจุดสีฟ้าเล็กๆ ซึ่งก็คือกาแล็กซีทรงรีที่ทำหน้าที่เป็นเลนส์ พื้นหลังเป็นสีดำว่างเปล่า

ภาพถ่ายล่าสุดจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ เผยให้เห็นปรากฏการณ์ “เลนส์ความโน้มถ่วง” (Gravitational lensing) อันน่าทึ่งของควอซาร์ RX J1131-1231 ซึ่งอยู่ห่างจากโลกประมาณ 6,000 ล้านปีแสง ในกลุ่มดาวเครเตอร์

ควอซาร์ คืออะไร?

ควอซาร์ (Quasar) หรือ แหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุคล้ายดาวฤกษ์ คือวัตถุที่มีแสงสว่างเจิดจ้ามากที่สุดในจักรวาล พลังงานมหาศาลนี้เกิดจากหลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางกาแล็กซี ขณะที่หลุมดำดึงดูดสสารเข้าไป สสารเหล่านั้นจะหมุนวนรอบหลุมดำด้วยความเร็วสูง เกิดความร้อนมหาศาลและปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปแบบของแสงสว่าง

ควอซาร์นี้ ถือเป็นหนึ่งในควอซาร์ที่ถูกเลนส์ความโน้มถ่วงบิดเบือนภาพได้สมบูรณ์แบบที่สุดเท่าที่เคยค้นพบ โดยกาแล็กซีเบื้องหน้าทำหน้าที่คล้ายเลนส์ขนาดยักษ์ บิดโค้งแสงจากควอซาร์เบื้องหลังให้กลายเป็นวงแหวนสว่าง พร้อมกับสร้างภาพจำลองของควอซาร์ขึ้นอีก 4 ภาพ

ปรากฏการณ์เลนส์ความโน้มถ่วง ซึ่งอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ เคยทำนายไว้ เป็นโอกาสอันหาได้ยากในการศึกษาบริเวณใกล้กับหลุมดำใจกลางควอซาร์ที่อยู่ไกลโพ้น โดยเลนส์ความโน้มถ่วงนี้ทำหน้าที่เสมือนกล้องโทรทรรศน์ธรรมชาติ ขยายแสงจากแหล่งกำเนิดแสงเหล่านี้ให้สว่างขึ้น

วัตถุทุกชนิดในจักรวาลจะบิดโค้งกาลอวกาศรอบๆ ตัวมันเอง ยิ่งมวลมากก็ยิ่งบิดงอมากขึ้น รอบๆ วัตถุมวลมหาศาลอย่างกาแล็กซี แสงที่เดินทางผ่านบริเวณใกล้เคียงจะโค้งงอตามกาลอวกาศที่บิดเบี้ยวนี้ ทำให้ดูเหมือนแสงเดินทางเบี่ยงเบนออกจากเส้นทางเดิม

ผลที่ตามมาอย่างหนึ่งของเลนส์ความโน้มถ่วงคือ การขยายภาพวัตถุทางดาราศาสตร์ที่อยู่ไกลออกไป ช่วยให้นักดาราศาสตร์สามารถศึกษาวัตถุที่จางเกินไปหรืออยู่ไกลเกินกว่าจะมองเห็นได้

การวัดการแผ่รังสีเอ็กซ์จากควอซาร์ ช่วยบ่งชี้ความเร็วในการหมุนของหลุมดำใจกลาง ซึ่งเป็นเบาะแสสำคัญเกี่ยวกับการเติบโตของหลุมดำ ตัวอย่างเช่น หากหลุมดำเติบโตจากการชนกันและรวมตัวกันของกาแล็กซี มันจะดึงดูดสสารเข้ามาสะสมในจานหมุนรอบๆ หลุมดำอย่างต่อเนื่อง ส่งผลให้หลุมดำหมุนด้วยความเร็วสูง ในทางกลับกัน หากหลุมดำเติบโตจากการสะสมสสารทีละเล็กทีละน้อย มันจะดึงดูดสสารจากทิศทางต่างๆ แบบสุ่ม

จากการสังเกตการณ์ พบว่าหลุมดำในควอซาร์นี้หมุนด้วยความเร็วมากกว่าครึ่งหนึ่งของความเร็วแสง ซึ่งชี้ให้เห็นว่าหลุมดำนี้เติบโตจากการรวมตัวกับกาแล็กซีอื่น มากกว่าการดึงดูดสสารจากหลายทิศทาง

ภาพนี้ถ่ายโดย MIRI (Mid-Infrared Instrument) ของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการศึกษาสสารมืด สสารมืดเป็นสสารล่องหนที่มองไม่เห็น ซึ่งคิดเป็นสัดส่วนมวลส่วนใหญ่ของจักรวาล การสังเกตการณ์ควอซาร์ด้วยกล้องเจมส์ เวบบ์ ช่วยให้นักดาราศาสตร์สามารถสำรวจธรรมชาติของสสารมืดในระดับที่เล็กกว่าที่เคยทำได้

ที่มา: ESA/Webb, NASA & CSA, A. Nierenberg
– Jewelled ring