VFTS 243 : หลุมดำที่สงบนิ่งแห่งแรกนอกทางช้างเผือก




ภาพความประทับใจของศิลปินเกี่ยวกับหลุมดำที่โคจรรอบดาวฤกษ์ข้างเคียงอย่างเงียบ ๆ (หลุมดำจะแสดงขึ้นเพื่อจุดประสงค์ในการอธิบายเท่านั้น
เพื่อทำให้วัตถุสีเข้มนี้มองเห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้น ความจริงคือเมื่อมองจากโลก เราไม่สามารถสังเกตหลุมดำที่บดบังดาวได้)
Cr.European Southern Observatory/AFP/File
  
ในขณะที่นักทฤษฎีประเมินว่าอาจมีหลุมดำขนาดดาว 100 ล้านดวงซ่อนตัวอยู่ในทางช้างเผือก แต่กับนักดาราศาสตร์ยังไม่มีวิธีที่จะรู้แน่ชัด พวกเขาคาดว่าหลุมดำเหล่านี้มีอยู่ทั่วไปในเอกภพ แต่ก็ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าหาได้ยาก ที่ผ่านมามีเพียงประมาณ 10 แห่งเท่านั้นที่ถูกค้นพบโดยรังสีเอกซ์ที่ปล่อยออกมาขณะพวกมันกำลังกลืนวัสดุจากดาวข้างเคียง อย่างไรก็ตาม ตอนนี้ทีมผู้เชี่ยวชาญระดับนานาชาติที่มีชื่อเสียงในเรื่องการหักล้างการค้นพบหลุมดำ ได้พบหลุมดำมวลดาวฤกษ์ที่สงบนิ่งในเมฆแมเจลแลนใหญ่ ดาราจักรที่อยู่ติดกับทางช้างเผือก
  
ทีมงานรวมถึง Kareem El-Badry ที่ได้รับการตั้งชื่อโดยนักดาราศาสตร์ว่าเป็น "ผู้ทำลายหลุมดำ (black hole destroyer)ของ Center for Astrophysics ศูนย์ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ Harvard & Smithsonian (CfA) และ Tomer Shenar นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยอัมสเตอร์ดัม หัวหน้าทีมวิจัยทุน Marie-Curie Fellow ผู้เขียนนำการศึกษาใหม่ที่ได้รับการตีพิมพ์เมื่อวันที่ 18 ก.ค. 2022 ในวารสาร Nature Astronomy ระบุว่าค้นพบดาวฤกษ์ที่ก่อให้เกิดหลุมดำมวลดาว "ที่อยู่นิ่งๆ" โดยไม่มีร่องรอยการระเบิดอันทรงพลัง และเป็นแห่งแรกที่ตรวจพบได้อย่างชัดเจนนอกกาแลคซีทางช้างเผือก 
  
Shenar กล่าวว่านี่เป็นครั้งแรกที่ทีมได้มารวมตัวกันเพื่อรายงานการค้นพบหลุมดำแทนที่จะไม่ยุ่งกับมัน โดยหลุมดำนี้เป็น "quiet black hole" ครั้งแรกที่ชัดเจนที่สุด การค้นพบนี้เกิดจากการสังเกตการณ์เป็นเวลา 6 ปีที่ได้จากเครื่องมือ Fiber Large Array Multi Element Spectrograph (FLAMES) บนกล้องโทรทรรศน์ VLT ของหอสังเกตการณ์ทางใต้ของยุโรป (ESO) ที่ส่งผลกระทบกับดาวข้างเคียง และการใช้เทคนิคนี้ก็เพื่อจัดการกับจำนวนประชากรที่แท้จริงของหลุมดำที่ซ่อนอยู่ได้ดีขึ้น ซึ่งจะช่วยให้นักวิจัยเข้าใจชีวิตและความตายของดวงดาวที่สร้างพวกมัน
 
 
ภาพนี้แสดงให้เห็น Tarantula Nebula ที่มีโครงสร้างคล้ายใยแมงมุมอันเป็นเอกลักษณ์ของเมฆก๊าซ
ซึ่งทำให้นักดาราศาสตร์รู้จักชื่อเล่นแมงมุมของเนบิวลา

 
Pablo Marchant นักดาราศาสตร์มหาวิทยาลัย KU Leuven ผู้เขียนร่วมกล่าวถึงหลุมดำที่เพิ่งค้นพบใหม่ ที่รู้จักกันในชื่อ VFTS 243,TIC 277299822 และ 2 MASS J05380840-6909190 ว่าเป็นระบบดาวคู่ที่อยู่ห่างจากกลุ่มดาว Dorado ประมาณ 160,000 ปีแสง มีมวลอย่างน้อย 9 เท่าของดวงอาทิตย์ และโคจรรอบดาวฤกษ์สีน้ำเงินที่ร้อนจัดที่มีน้ำหนัก 25 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ ภายในเนบิวลาTarantula ซึ่งเป็นลักษณะเด่นที่สุดของเมฆแมคเจลแลนใหญ่ ดาราจักรบริวารขนาดเล็กของทางช้างเผือก
 
ทีมโดย Julia Bodensteiner นักวิจัยจาก ESO ในเยอรมนีผู้เขียนร่วมเล่าว่า กว่าสองปีมาแล้วที่ทีมมองหาหลุมดำคู่ ซึ่งเป็นหลุมดำสองหลุมโคจรรอบกันและกันหลังจากกลืนดาวของพวกมันในการระเบิดของซุปเปอร์โนวา และได้พบดาวฤกษ์สีน้ำเงินมวลค่อนข้างมากที่กำลังโคจรรอบสิ่งที่เรามองไม่เห็น ในดาราจักรเมฆแมเจลแลนใหญ่ที่อยู่ติดกับทางช้างเผือกของเรา ที่ถูกขังอยู่ในระบำมรณะด้วยหลุมดำคู่ที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ถึง 9 เท่า แต่หลุมดำคู่นี้กลับอยู่เฉยๆ โดยไม่ปล่อยรังสีเอกซ์เพื่อดูดสสารจากดาวของมัน ซึ่งโดยปกติแล้วหลุมดำประเภทนี้ เมื่อรวบรวมสสารจากดาวข้างเคียงจะปล่อยรังสีเอกซ์ออกมาทำให้สามารถตรวจพบได้
  
ตามข้อมูล หลุมดำมวลดาวก่อตัวขึ้นเมื่อดาวมวลสูงเข้าใกล้จุดจบของชีวิตและยุบตัวลงภายใต้แรงโน้มถ่วงของพวกมันเอง แต่ในระบบดาวคู่ซึ่งเป็นระบบของดาวฤกษ์สองดวงที่โคจรรอบกันและกัน กระบวนการนี้ได้ทิ้งหลุมดำไว้ในวงโคจรกับดาวข้างเคียงที่ส่องสว่าง หลุมดำนี้ หากไม่ปล่อยรังสีเอกซ์ในระดับสูงซึ่งเป็นลักษณะที่มักตรวจพบหลุมดำดังกล่าว ก็มักจะ "อยู่เฉยๆ" โดยหลุมดำที่อยู่เฉยๆ นั้นมองเห็นได้ยากเป็นพิเศษ เนื่องจากพวกมันไม่ได้โต้ตอบกับสิ่งรอบตัวมากนัก ดังนั้น การค้นพบนี้ยังช่วยให้นักดาราศาสตร์มีมุมมองที่ไม่เหมือนใครเกี่ยวกับกระบวนการที่มาพร้อมกับการก่อตัวของหลุมดำด้วย
 
 
 ภาพนี้จากกล้องโทรทรรศน์สำรวจ VLT ที่หอสังเกตการณ์ Paranal ของ ESO ในชิลี แสดงให้เห็นเนบิวลา Tarantula 
และบริเวณโดยรอบภายในเมฆแมคเจลแลนใหญ่ ซึ่งแสดงให้เห็นกระจุกดาว เมฆก๊าซเรืองแสง และซากระเบิดซุปเปอร์โนวาที่กระจัดกระจาย 
 
 
  
ทีมยังเล่าย้อนไปว่า ในขั้นตอนแรกเพื่อค้นหา VFTS 243 การทำงานร่วมกันได้ค้นหาดาวมวลมากเกือบ 1,000 ดวง (แต่ละดวงมีน้ำหนักอย่างน้อย 8 เท่าของมวลดวงอาทิตย์)ในพื้นที่เนบิวลา Tarantula ของดาราจักรเมฆแมเจลแลนใหญ่ โดยมองหาดวงที่อาจมีหลุมดำเป็นเพื่อนร่วมทาง แต่เนื่องจากมีความเป็นไปได้ของทางเลือกมากมาย การระบุสหายเหล่านี้เป็นหลุมดำดังกล่าวนั้นจึงยากมาก เพื่อหักล้างคำกล่าวอ้างอื่นๆ เกี่ยวกับการค้นพบ ในช่วงหลายปีที่ผ่านมาทีมงานจึงได้พัฒนาเทคนิคที่เรียกว่า spectral disentanglement ซึ่งช่วยให้นักดาราศาสตร์สามารถสังเกตวัตถุได้มากกว่าหนึ่งร้อยชิ้นในคราวเดียว

เทคนิคนี้เป็นอัลกอริธึมที่ปรับสเปกตรัมของดาวฤกษ์ที่โคจรรอบดาวคู่ที่ตั้งสมมุติฐานไว้ซ้ำๆ จนกว่าแสงที่รวมกันจะตรงกับการสังเกตการณ์ ถ้าในขั้นตอนสุดท้าย อัลกอริธึมพบว่าดาวดวงใดดวงหนึ่งไม่ได้ผลิตแสง นั่นจะต้องเป็น "quiet black hole" โดย 2 ตัวอย่างหลุมดำของการค้นพบครั้งก่อนที่ถูกหักล้างออกไปคือ LB-1 หลุมดำสัตว์ประหลาดที่มีมวล 70 เท่าดวงอาทิตย์ และ HR 6819 หลุมดำที่อ้างว่าอยู่ในระบบดาวสามดวงที่ไม่น่าจะมีอยู่จริง
 
และตอนที่ทีมพบ VFTS 243 ดาวฤกษ์ที่มีมวล 25 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ของเราดวงนี้ ดูเหมือนว่ามันกำลังโคจรรอบบางสิ่งที่มองไม่เห็นทุกๆ 10.4 วัน จากการวิเคราะห์บอกทีมว่า สหายที่มองไม่เห็นนี้ต้องมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ของเราอย่างน้อย 9 เท่า และจากการคลายสเปกตรัมแสงทั้งหมดดูเหมือนจะมาจากดาวดวงเดียวที่มีขนาดใหญ่กว่า ทำให้ดาวข้างเคียงมีมวลมากพอและมืดพอที่จะเป็นหลุมดำ ในท้ายที่สุดการวิเคราะห์อย่างละเอียดถี่ถ้วนพบว่า  VFTS 243 เป็นหลุมดำที่อยู่เฉยๆ

นักทฤษฎีบางคนแนะนำว่า หลุมดำของดาวฤกษ์ก่อตัวขึ้นเมื่อดาวยักษ์ที่กำลังจะตายระเบิดและสสารส่วนใหญ่ที่เป็นเศษซากจากการระเบิดยุบตัว ที่น่าสน ใจคือไม่มีหลักฐานการระเบิดใดๆ เกิดขึ้นรอบๆ VFTS 243 ซึ่งเป็นไปได้ว่า ดาวฤกษ์คู่หูที่ก่อให้เกิด VFTS 243 ดูเหมือนจะยุบตัวลงทั้งหมดในหลุมดำโดยตรงโดยไม่เกิดการระเบิด และไม่ทิ้งร่องรอยของการระเบิดซูเปอร์โนวาอันทรงพลัง ดังนั้น การค้นพบนี้จะช่วยให้นักดาราศาสตร์มีมุมมองที่ต่างออกไปเกี่ยวกับกระบวนการที่มาพร้อมกับการก่อตัวของหลุมดำมากขึ้น
 
 
ในอดีต หลุมดำที่เป็นดาวคู่ได้รับการระบุผ่านการมีอยู่ของการปล่อยรังสีเอกซ์ที่สว่างจากดิสก์สะสมมวล (ตามภาพ)
ซึ่งเกิดจากก๊าซจากบรรยากาศของดาวฤกษ์ที่มีชีวิตไหลเข้าหาและล้อมรอบหลุมดำ
 
  
 หลุมดำ VFTS 243 ถูกค้นพบโดยใช้การสังเกตการณ์เนบิวลา Tarantula เป็นเวลา 6 ปีโดยเครื่องมือ Fiber Large Array Multi Element Spectrograph (FLAMES) บน VLT ของ ESO FLAMES ที่ช่วยให้นักดาราศาสตร์สามารถสังเกตวัตถุได้มากกว่าหนึ่งร้อยชิ้นในคราวเดียว
และยังช่วยประหยัดเวลาของกล้องโทรทรรศน์ได้อย่างมากเมื่อเทียบกับการศึกษาวัตถุแต่ละชิ้นทีละชิ้น
 
 
เครื่องมือ FLAMES ซึ่งติดตั้งอยู่บนแท่น Nasmyth A ของ Very Large Telescope ของ ESO FLAMES เป็นสเปกโตรกราฟที่มีความละเอียดสูงของ VLT และสามารถเข้าถึงเป้าหมายผ่านมุมมองที่มีการแก้ไขขนาดใหญ่ ช่วยให้สามารถสังเกตวัตถุได้มากกว่าหนึ่งร้อยรายการพร้อมกัน
Cr.https://www.science.org/content/article/way-find-quiet-black-holes-finally-bears-fruit /DANIEL CLER  
Cr.https://phys.org/news/2022-07-black-hole-police-dormant-milky.html  /By Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics  
Cr.http://www.sci-news.com/astronomy/dormant-stellar-mass-black-hole-tarantula-nebula-11008.html /2022 
Cr.https://www.france24.com/en/live-news/20220718-first-dormant-stellar-black-hole-discovered-by-debunking-team
  
(ขอขอบคุณที่มาของข้อมูลทั้งหมดและขออนุญาตนำมา)
แสดงความคิดเห็น
โปรดศึกษาและยอมรับนโยบายข้อมูลส่วนบุคคลก่อนเริ่มใช้งาน อ่านเพิ่มเติมได้ที่นี่