หลุมดำทั้งสามกับดวงดาวที่กำลังถูกกิน

          เวลามีข่าวการค้นพบเกี่ยวกับหลุมดำทีไร ผู้คนทั่วโลกที่สนใจวิชาดาราศาสตร์ต่างรู้สึกตื่นเต้นอย่างพร้อมเพรียงกันโดยไม่ได้นัดหมาย ซึ่งปลายเดือนกันยายนที่ผ่านมามีข่าวสั้นๆ ที่น่าสนใจเกี่ยวกับหลุมดำถูกรายงานออกมาพร้อมกันถึงสองข่าว ซึ่งผู้เขียนได้นำทั้งสองข่าวมาเรียบเรียงเอาไว้ในบทความนี้แล้วครับ


          ข่าวแรกคือรายงานการค้นพบที่เผยแพร่ในวารสาร Astrophysical Journal ซึ่งเป็นการตรวจพบหลุมดำมวลยวดยิ่ง (Supermassive Black Hole) จำนวน 3 ดวงที่กำลังโคจรเข้าหากันและจะเข้าชนกันในอนาคต เรื่องมีอยู่ว่าคณะวิจัยของ Ryan Pfeifle จาก George Mason University กำลังมองหาหลุมดำสองดวงที่โคจรรอบกัน แต่พวกเขากลับพบสิ่งที่พิเศษกว่า นั่นคือการโคจรรอบกันของหลุมดำสามดวงที่อยู่ห่างจากโลกประมาณ 1,000 ล้านปีแสงและเรียกระบบแกแล็กซีที่มีหลุมดำนี้ว่า SDSS J084905.51+111447.2


          การศึกษาระบบสามหลุมดำ นักดาราศาสตร์ต้องใช้กล้องโทรทรรศน์ที่ติดตั้งบนพื้นดินและในอวกาศหลายตัว เช่น Sloan Digital Sky Survey (SDSS) Nuclear Spectroscopic Telescope Array Spacecraft (NuSTAR) Large Binocular Telescope (LBT) Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) และ Chandra X-ray Observatory (CXO) เนื่องจากระบบหลุมดำมีแก๊สและฝุ่นจำนวนมากล้อมรอบพวกมันเอาไว้ทำให้แสงส่วนใหญ่ถูกบดบังอยู่ภายในจนไม่สามารถสังเกตเห็นได้ แต่รังสีอินฟราเรดและรังสีเอกซ์สามารถทะลุผ่านม่านฝุ่นและแก๊สออกมาได้ นักดาราศาสตร์จึงต้องใช้กล้องโทรทรรศน์หลายตัวที่ตรวจจับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงความยาวคลื่นที่แตกต่างกันเพื่อตรวจสอบปรากฏการณ์ภายในระบบหลุมดำ

            ระบบสามหลุมดำยังมีความพิเศษกว่าระบบหลุมดำคู่ กล่าวคือระบบหลุมดำบางคู่อาจรวมตัวกันได้ยากมาก แต่เมื่อมีหลุมดำดวงที่สามเพิ่มเข้ามา อิทธิพลจากแรงโน้มถ่วงของหลุมดำดวงที่สามจะช่วยให้การรวมตัวกันของหลุมดำในระบบเกิดได้ง่ายขึ้น เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า Final Parsec Problem นอกจากนี้แบบจำลองในคอมพิวเตอร์ยังบ่งชี้ว่ามีหลุมดำคู่ประมาณ 16 เปอร์เซ็นต์ที่ได้รับอิทธิพลจากหลุมดำแห่งที่สาม โดยหลังจากเข้าชนแล้วรวมเป็นหลุมดำดวงใหม่ที่มีมวลมากขึ้น มวลส่วนหนึ่งจะแปรสภาพเป็นพลังงานในรูปคลื่นความโน้มถ่วงความถี่ต่ำ (Low Frequency Gravitational Waves) แผ่กระจายออกสู่อวกาศโดยรอบ ซึ่งสถานีตรวจวัดคลื่นความโน้มถ่วง LIGO และ Virgo บนโลกอาจตรวจวัดไม่ได้ แต่สถานีตรวจวัดคลื่นความโน้มถ่วงในอวกาศรุ่นใหม่ที่ชื่อว่า LISA สามารถทำได้ และช่วยให้นักดาราศาสตร์เข้าใจกระบวนการรวมตัวและพัฒนาการของแกแล็กซีได้ดีขึ้นด้วย


          การโคจรเข้าหากันของหลุมดำสามดวงเป็นปรากฏการณ์หายากและน่าสนใจ แต่อีกข่าวหนึ่งที่ถูกรายงานในวารสารเดียวกันก็น่าสนใจไม่แพ้กัน โดยองค์การ NASA และนักวิจัยจากโครงการ All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN) แห่ง Ohio State University รายงานว่ากล้องโทรทรรศน์อวกาศ Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) ได้ตรวจพบปรากฏการณ์ Tidal Disruption Events (TDEs) ซึ่งจะเกิดขึ้นเมื่อดาวฤกษ์โคจรเข้าใกล้หลุมดำจนแรงไทดัล (Tidal Force) ของหลุมดำดึงดูดดาวฤกษ์ให้ยืดขยายออกคล้ายเส้นสปาเกตตี (Spaghettification) ก่อนแปรสภาพเป็นแก๊สร้อนที่สุกสว่างรอบหลุมดำ (Accretion Disk) หรืออาจกล่าวได้ว่าหลุมดำกำลังกลืนกินดาวฤกษ์เพื่อนำมาเป็นส่วนหนึ่งของตัวเองนั่นเอง

            เหตุการณ์นี้ได้รับการตั้งชื่อว่า ASASSN-19bt เกิดขึ้นเมื่อหลุมดำที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ประมาณ 6 ล้านเท่าที่อยู่บริเวณใจกลางแกแล็กซี 2MASX J07001137-6602251 ซึ่งห่างจากโลกประมาณ 375 ล้านปีแสงกำลังดูดกลืนดาวฤกษ์ที่มีขนาดใกล้เคียงกับดวงอาทิตย์ของเรา โดย TESS ได้จับตาดูกระบวนการดังกล่าวตั้งแต่เดือนมกราคมจนกระทั่งเดือนมีนาคมที่หลุมดำและดาวฤกษ์คู่นี้มีแสงสุกสว่างมากที่สุด ก่อนที่ข้อมูลจากดาวเทียม Neil Gehrels Swift Observatory จะช่วยยืนยันว่าอุณหภูมิของระบบได้ลดต่ำลงอย่างรวดเร็วจาก 40,000 เป็น 20,000 องศาเซลเซียสในเวลาเพียงไม่กี่วัน ซึ่งปรากฏการณ์ TDEs เป็นสิ่งที่นักดาราศาสตร์รู้จักและเคยตรวจพบมาก่อนแล้ว แต่การตรวจพบที่ผ่านมาล้วนเกิดในช่วงที่การถ่ายเทมวลระหว่างหลุมดำกับดาวฤกษ์ผ่านจุดวิกฤตไปแล้ว การค้นพบในครั้งนี้จึงเป็น “ครั้งแรก” ที่นักดาราศาสตร์สามารถมองเห็นกระบวนการกลืนกินดาวฤกษ์ของหลุมดำทั้งก่อนและหลังที่มันจะสว่างวาบขึ้น


          ตั้งแต่มีการเผยแพร่ “ภาพถ่ายของหลุมดำ” เป็นครั้งแรกเมื่อเดือนเมษายนที่ผ่านมา จนถึงตอนนี้ก็มีการค้นพบใหม่ๆ เกี่ยวกับหลุมดำออกมาให้ติดตามอย่างไม่ขาดสาย การค้นพบเหล่านี้สะท้อนให้เห็นว่ามนุษย์มีเทคโนโลยีทางดาราศาสตร์ที่ก้าวหน้ากว่าแต่ก่อนมาก ซึ่งผู้เขียนเชื่อว่าเทคโนโลยีเหล่านี้จะเปิดโอกาสให้มนุษย์ค้นพบสิ่งใหม่ๆ ที่น่าตื่นเต้นอีกมากมายในอนาคต

 

อ้างอิง

• https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7506&fbclid=IwAR34_970QgEkevdLdAkKn-96Y8T8cO4EcmRiqF3hm3sXaB-Fw1NUvvE5ILc
• https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/nasa-s-tess-mission-spots-its-1st-star-shredding-black-hole
• https://news.osu.edu/scientists-watch-a-black-hole-shredding-a-star/?fbclid=IwAR0N5SuUwNLmE4mDQng1IEvedinm6fXvp4FOofyanQlDkSccdk4QV2Wjxe0