นักฟิสิกส์ได้ทำการวิเคราะห์การรวมตัวของหลุมดำขนาดมหึมา 2 คู่ ที่เกิดขึ้นห่างกันเพียงหนึ่งเดือน และค้นพบหลักฐานที่น่าตื่นเต้นว่าอาจมี “หลุมดำรุ่นที่สอง” (Second-generation black holes) ซึ่งเป็นหลุมดำที่เกิดจากการรวมตัวของหลุมดำอื่น ๆ มาก่อนหน้านี้ เข้ามาเกี่ยวข้องในการรวมตัวครั้งล่าสุดนี้ การค้นพบนี้ไม่เพียงแต่ให้ข้อมูลใหม่เกี่ยวกับวิวัฒนาการของหลุมดำเท่านั้น แต่ยังตอกย้ำความถูกต้องของกฎฟิสิกส์ที่ทำนายโดยอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ เมื่อกว่าศตวรรษที่แล้วด้วย
การค้นพบนี้มาจากการสังเกตการณ์ “คลื่นความโน้มถ่วง” (Gravitational Waves) ซึ่งเปรียบเสมือนริ้วรอยหรือระลอกคลื่นที่แผ่กระจายออกไปใน “ปริภูมิ-เวลา” (Space-time) อันเป็นผลมาจากการชนกันของวัตถุที่มีมวลมหาศาลอย่างหลุมดำ สัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงเหล่านี้ถูกตรวจจับโดยเครือข่ายความร่วมมือ LIGO-Virgo-KAGRA (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) ซึ่งเป็นเครือข่ายเครื่องตรวจจับทั่วโลก
สิ่งที่บ่งชี้ว่าหลุมดำขนาดใหญ่กว่าในแต่ละคู่การรวมตัวอาจเป็น “รุ่นที่สอง” คือลักษณะที่ผิดปกติ 2 เรื่อง คือ
- การหมุนที่รวดเร็ว (Rapid Spin) หลุมดำขนาดใหญ่กว่าในเหตุการณ์แรก (GW241011) มีการหมุนที่เร็วจัดอย่างไม่เคยปรากฏมาก่อน
- มวลที่แตกต่างกันมาก (Mass Difference) หลุมดำขนาดใหญ่มีมวลมากกว่าหลุมดำคู่ที่ถูกกลืนกินเกือบสองเท่า ซึ่งผิดจากค่าเฉลี่ยของการรวมตัวที่เคยตรวจพบมา
“ผลลัพธ์เหล่านี้เป็นหลักฐานที่น่าตื่นเต้นว่าหลุมดำเหล่านี้ก่อตัวขึ้นจากการรวมตัวของหลุมดำก่อนหน้านี้” สตีเฟน แฟร์เฮิร์สต์ (Stephen Fairhurst) ผู้ร่วมวิจัยและศาสตราจารย์จากมหาวิทยาลัยคาร์ดิฟฟ์ กล่าว
การวิจัยนี้อ้างอิงจากการรวมตัวที่ตรวจพบ 2 เหตุการณ์หลัก ที่เกิดขึ้นห่างกันเพียงหนึ่งเดือนในปี 2024
- GW241011 (11 ตุลาคม 2024)
หลุมดำคู่หนึ่งที่มีมวล 6 และ 20 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ตามลำดับ ได้ชนกันที่ระยะห่างประมาณ 700 ล้านปีแสงจากโลก หลุมดำขนาดใหญ่กว่านี้ถูกจัดว่าเป็นหนึ่งในหลุมดำที่หมุนเร็วที่สุดเท่าที่เคยมีการค้นพบ - GW241110 (10 พฤศจิกม 2024)
หลุมดำคู่ที่มีมวล 8 และ 17 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ชนกันที่ระยะห่างถึง 2,400 ล้านปีแสง สิ่งที่น่าประหลาดใจคือ หลุมดำที่ใหญ่กว่าในการรวมตัวครั้งนี้มีการหมุนที่ย้อนกลับทิศทางกับวงโคจรของมัน ซึ่งไม่เคยมีการสังเกตเห็นมาก่อน
นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่า หลุมดำขนาดใหญ่กว่าในแต่ละเหตุการณ์น่าจะเคยผ่านกระบวนการรวมตัวที่เรียกว่า “การรวมตัวแบบลำดับชั้น” (Hierarchical Merger) มาก่อน ซึ่งกระบวนการนี้จะเกิดขึ้นได้ในสภาพแวดล้อมที่หนาแน่นมาก เช่น กระจุกดาว (Star Clusters) ที่ซึ่งหลุมดำมีโอกาสโคจรเข้ามาใกล้กันบ่อยครั้ง
เจส แมคไอเวอร์ (Jess McIver) นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยบริติชโคลัมเบีย กล่าวว่า “นี่คือหนึ่งในการค้นพบที่น่าตื่นเต้นที่สุดของเรา การสังเกตการณ์เหล่านี้ให้หลักฐานที่ชัดเจนว่ามีบริเวณที่หนาแน่นและแออัดในเอกภพที่กำลังผลักดันดาวที่ดับแล้วเหล่านี้ให้มารวมกัน”
นอกเหนือจากการค้นพบหลุมดำรุ่นที่สองแล้ว เหตุการณ์ทั้งสองยังทำหน้าที่เป็นห้องทดลองทางธรรมชาติที่ยืนยันกฎฟิสิกส์ที่ทำนายโดยอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (General Relativity)
การตรวจจับอันน่าทึ่งเหล่านี้ไม่เพียงแต่เปิดประตูสู่ความเข้าใจในปรากฏการณ์หลุมดำที่ซับซ้อนขึ้นเท่านั้น แต่ยังช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ได้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับอนุภาคมูลฐานและขอบเขตของกฎฟิสิกส์ในเอกภพอีกด้วย
ข้อมูลอ้างอิง: Live Science
- Physicists detect rare ‘second-generation’ black holes that prove Einstein right… again
