ทีมนักดาราศาสตร์นานาชาติใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ค้นพบร่องรอยทางเคมีของดาวฤกษ์ขนาดยักษ์หรือที่เรียกว่า “ดาวสัตว์ประหลาด” (Monster Stars) ซึ่งเป็นดาวฤกษ์ยุคแรกเริ่มหลังเหตุการณ์บิกแบง การค้นพบนี้ช่วยไขปริศนาสำคัญที่ยาวนานกว่า 20 ปีว่า หลุมดำมวลยิ่งยวดในยุคแรกเริ่มของเอกภพนั้นเกิดขึ้นมาและเติบโตอย่างรวดเร็วในเวลาอันสั้นได้อย่างไร
กว่าสองทศวรรษที่ผ่านมา นักดาราศาสตร์ต่างพยายามหาคำตอบว่าเหตุใดหลุมดำมวลยิ่งยวดจึงปรากฏขึ้นในเวลาไม่ถึงหนึ่งพันล้านปีหลังจากการระเบิดครั้งใหญ่หรือบิกแบง ทฤษฎีวิวัฒนาการของดาวฤกษ์แบบดั้งเดิมไม่สามารถอธิบายได้ว่าวัตถุอวกาศขนาดมหึมาเช่นนี้ก่อตัวขึ้นอย่างรวดเร็วได้อย่างไร เนื่องจากดาวฤกษ์ทั่วไปไม่สามารถขยายขนาดหรือวิวัฒนาการได้เร็วพอที่จะสร้างหลุมดำขนาดใหญ่ในกรอบเวลาอันสั้นเช่นนั้นได้
ข้อมูลล่าสุดจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ได้มอบเบาะแสสำคัญเพื่อตอบคำถามนี้ โดยทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยพอร์ตสมัทในประเทศอังกฤษร่วมกับศูนย์ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ฮาร์วาร์ดและสมิธโซเนียนในสหรัฐอเมริกา ได้ค้นพบร่องรอยทางเคมีในกาแล็กซีอันไกลโพ้นที่มีชื่อว่า จีเอส 3073 (GS 3073) ซึ่งเผยให้เห็นสัดส่วนที่ผิดปกติอย่างมากระหว่างไนโตรเจนและออกซิเจน โดยมีอัตราส่วนไนโตรเจนต่อออกซิเจนสูงถึง 0.46 ซึ่งเป็นรูปแบบทางเคมีที่ไม่เคยพบในดาวฤกษ์ทั่วไปประเภทใดเลย
ความผิดปกติดังกล่าวเป็นหลักฐานชี้ให้เห็นถึงการมีอยู่ของดาวฤกษ์ดึกดำบรรพ์ขนาดยักษ์ ที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ของเราถึง 1,000 ถึง 10,000 เท่า แบบจำลองทางวิทยาศาสตร์อธิบายว่า ภายในแกนกลางของดาวฤกษ์ขนาดยักษ์เหล่านี้จะมีการหลอมรวมฮีเลียมจนกลายเป็นคาร์บอน จากนั้นคาร์บอนบางส่วนจะเคลื่อนที่ออกสู่ชั้นนอกและทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนจนเกิดเป็นไนโตรเจนในปริมาณมหาศาลผ่านวัฏจักรการหลอมรวมธาตุ เมื่อเวลาผ่านไปสารเหล่านี้จะถูกพ่นออกสู่อวกาศ ทำให้ก๊าซโดยรอบอุดมไปด้วยไนโตรเจนอย่างที่พบในกาแล็กซีจีเอส 3073 ในปัจจุบัน
ดาวฤกษ์ยักษ์เหล่านี้มีชีวิตที่สว่างไสวแต่สั้นมากเพียงประมาณ 250,000 ปี ซึ่งถือว่าเป็นเพียงชั่วพริบตาเดียวในระดับจักรวาล เมื่อเผาผลาญเชื้อเพลิงจนหมด พวกมันไม่ได้ระเบิดออกเป็นซูเปอร์โนวาเหมือนดาวฤกษ์ทั่วไป แต่กลับยุบตัวลงอย่างรวดเร็วจนกลายเป็นหลุมดำมวลมหาศาล ข้อมูลนี้สอดคล้องกับการวิจัยก่อนหน้านี้ในปี พ.ศ. 2565 ที่เสนอว่าดาวฤกษ์มวลยิ่งยวดสามารถก่อตัวขึ้นในกลุ่มก๊าซหนาแน่นของเอกภพยุคแรกเริ่ม และกลายเป็นจุดกำเนิดของควาซาร์หรือหลุมดำที่สว่างวาบได้ ยิ่งไปกว่านั้น กาแล็กซีจีเอส 3073 ยังมีหลุมดำที่กำลังดูดกลืนมวลสารอยู่บริเวณใจกลาง ซึ่งอาจเป็นซากที่หลงเหลืออยู่ของดาวฤกษ์ยักษ์ดึกดำบรรพ์เหล่านี้
การค้นพบครั้งนี้เปรียบเสมือนการเปิดหน้าต่างบานใหม่เพื่อทำความเข้าใจประวัติศาสตร์ในช่วง “ยุคมืดของจักรวาล” ซึ่งเป็นช่วงเวลาไม่กี่ร้อยล้านปีหลังบิกแบงที่ดาวฤกษ์ดวงแรกเริ่มก่อตัวและเปลี่ยนธาตุพื้นฐานให้กลายเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่ซับซ้อน นักวิทยาศาสตร์คาดหวังว่ากล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ จะค้นพบกาแล็กซีที่มีลักษณะทางเคมีคล้ายคลึงกันนี้เพิ่มเติมในอนาคต ซึ่งจะช่วยยืนยันบทบาทสำคัญของดาวฤกษ์ยักษ์รุ่นแรกในการสรรค์สร้างกาแล็กซีและหว่านเมล็ดพันธุ์ให้กับหลุมดำมวลยิ่งยวดที่เราเห็นในปัจจุบัน
______________
👨🚀 ข้อมูลอ้างอิง: The Astrophysical Journal Letters
– JWST Detects Evidence of “Monster Stars” That May Have Created the Universe’s First Giant Black Holes
