หนึ่งในปริศนาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดที่นักดาราศาสตร์พยายามหาคำตอบมาตลอด 20 ปี คือคำถามที่ว่า “หลุมดำมวลยิ่งยวด” (Supermassive Black Holes) ซึ่งมีมวลมหาศาลกว่าดวงอาทิตย์หลายล้านถึงหลายพันล้านเท่า สามารถถือกำเนิดขึ้นได้อย่างไรในช่วงเวลาเพียงไม่ถึงหนึ่งพันล้านปีหลังเกิดบิกแบง (Big Bang) ซึ่งตามทฤษฎีการกำเนิดดาราจักรแบบดั้งเดิมนั้น ช่วงเวลาดังกล่าวถือว่าสั้นเกินกว่าที่กระบวนการรวมตัวของหลุมดำตามปกติจะสร้างวัตถุที่มีขนาดมหึมาเช่นนั้นได้ แต่ล่าสุด กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ (JWST) ได้ค้นพบกุญแจสำคัญที่อาจไขความลับนี้ นั่นคือหลักฐานการมีอยู่ของ “ดาวฤกษ์ปีศาจ” (Monster Stars) ในยุคเริ่มแรกของเอกภพ
การค้นพบครั้งสำคัญนี้นำโดยทีมวิจัยนานาชาติ นำโดย Devesh Nandal จากมหาวิทยาลัยเวอร์จิเนีย และ Daniel Whalen จากมหาวิทยาลัยพอร์ตสมัธ โดยทีมงานได้ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ ตรวจสอบองค์ประกอบทางเคมีของกาแล็กซีที่ชื่อว่า GS 3073 ซึ่งถูกค้นพบครั้งแรกในปี 2022 กาแล็กซีแห่งนี้มีความพิเศษที่น่าตื่นตะลึง คือมีอัตราส่วนของธาตุไนโตรเจนต่อออกซิเจนที่สูงผิดปกติ (0.46) ซึ่งสูงเกินกว่าที่จะอธิบายได้ด้วยกระบวนการของดาวฤกษ์หรือการระเบิดซูเปอร์โนวาในรูปแบบที่เรารู้จักกันในปัจจุบัน
ความผิดปกตินี้นำไปสู่ข้อสันนิษฐานใหม่ที่น่าตื่นเต้น ทีมวิจัยเชื่อว่าร่องรอยทางเคมีนี้เกิดจาก “ดาวฤกษ์ปีศาจ” ซึ่งเป็นดาวฤกษ์ในยุคแรกเริ่มของเอกภพ (Population III stars) ที่มีมวลมหาศาลอย่างไม่น่าเชื่อ คือมีมวลตั้งแต่ 1,000 ถึง 10,000 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ เพื่อยืนยันสมมติฐานนี้ ทีมวิจัยได้สร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์เพื่อศึกษาว่าดาวฤกษ์ขนาดยักษ์เหล่านี้จะมีวิวัฒนาการอย่างไร และจะผลิตธาตุชนิดใดออกมาบ้าง
ผลจากการจำลองแบบเผยให้เห็นกลไกที่น่าทึ่ง ภายในแกนกลางของดาวฤกษ์ยักษ์เหล่านี้จะเกิดการหลอมรวมฮีเลียมจนเกิดเป็นคาร์บอน จากนั้นคาร์บอนจะรั่วไหลออกสู่เปลือกนอกที่กำลังหลอมรวมไฮโดรเจน เมื่อคาร์บอนจับตัวกับไฮโดรเจนจึงก่อให้เกิดไนโตรเจนปริมาณมหาศาล กระแสการพาความร้อนภายในดาวจะกระจายไนโตรเจนเหล่านี้ไปทั่วและปลดปล่อยออกสู่อวกาศ ซึ่งตรงกับร่องรอยทางเคมีที่พบในกาแล็กซี GS 3073 อย่างพอดิบพอดี นอกจากนี้ แบบจำลองยังชี้ว่าดาวฤกษ์ที่มีขนาดเล็กกว่าหรือใหญ่กว่าช่วงมวลนี้จะไม่สามารถสร้างลายเซ็นทางเคมีแบบเดียวกันได้
สิ่งที่น่าสนใจที่สุดคือจุดจบของดาวฤกษ์ปีศาจเหล่านี้ ทีมวิจัยพบว่าเมื่อพวกมันสิ้นอายุขัย มันจะไม่ระเบิดเป็นซูเปอร์โนวาเหมือนดาวฤกษ์ทั่วไป แต่จะยุบตัวลงโดยตรงกลายเป็นหลุมดำที่มีมวลมหาศาลทันที (Direct Collapse Black Holes – DCBHs) หลุมดำเหล่านี้เองที่เป็น “เมล็ดพันธุ์” ที่เติบโตไปเป็นหลุมดำมวลยิ่งยวดและนิวเคลียสดาราจักรกัมมันต์ (Active Galactic Nuclei) หรือควอซาร์ (Quasars) ที่เราตรวจพบว่ามีอยู่มากมายในช่วงต้นกำเนิดของเอกภพ การค้นพบนี้จึงเป็นการอธิบายได้ว่าเหตุใดหลุมดำขนาดยักษ์จึงปรากฏตัวขึ้นได้อย่างรวดเร็วหลังบิกแบง
การค้นพบครั้งนี้ไม่เพียงแต่ช่วยไขปริศนาเรื่องหลุมดำ แต่ยังเปิดหน้าต่างบานใหม่สู่การศึกษา “ยุคมืดของจักรวาล” (Cosmic Dark Ages) ซึ่งเป็นช่วงเวลาประมาณ 380,000 ถึง 1,000 ล้านปีหลังบิกแบง แสงสว่างจากยุคนี้ริบหรี่เกินกว่าที่เครื่องมือทั่วไปจะมองเห็น แต่ด้วยศักยภาพของเจมส์ เว็บบ์ ทำให้นักดาราศาสตร์สามารถย้อนเวลากลับไปสำรวจยุคสมัยที่ลึกลับนี้ได้
Daniel Whalen หนึ่งในทีมวิจัยได้เปรียบเทียบการค้นพบนี้ไว้อย่างน่าสนใจว่า ดาวฤกษ์ปีศาจเหล่านี้เปรียบเสมือน “ไดโนเสาร์แห่งเอกภพ” พวกมันมีขนาดมหึมา เป็นสิ่งมีชีวิตยุคดึกดำบรรพ์ และมีช่วงชีวิตที่สั้นกุดเพียงประมาณ 250,000 ปี ซึ่งถือเป็นเพียงชั่วพริบตาในมาตรเวลาของจักรวาล ก่อนที่พวกมันจะล้มหายตายจากและทิ้งร่องรอยทางเคมีเอาไว้ให้มนุษย์ในอีกพันล้านปีต่อมาได้แกะรอย การค้นพบในกาแล็กซี GS 3073 นี้จึงเป็นเพียงจุดเริ่มต้น โดยนักดาราศาสตร์คาดว่าจะค้นพบกาแล็กซีที่มีลักษณะคล้ายกันเพิ่มขึ้นอีกในอนาคต ซึ่งจะช่วยยืนยันการมีอยู่ของยักษ์ใหญ่ในอดีตกาลเหล่านี้ได้อย่างชัดเจนยิ่งขึ้น
ข้อมูลอ้างอิง: Universe Today
- Astronomers Find the First Compelling Evidence of “Monster Stars” in the Early Universe
