Deep Space Hubble พบหลุมดำขนาดเล็กจำนวนมากกลางกระจุกดาวทรงกลม NGC 6397
Hubble พบหลุมดำขนาดเล็กจำนวนมากกลางกระจุกดาวทรงกลม NGC 6397

Chottiwatt Jittprasong in Black Hole

Hubble พบหลุมดำขนาดเล็กจำนวนมากกลางกระจุกดาวทรงกลม NGC 6397

February 26, 2021

นักดาราศาสตร์พบว่าศูนย์กลางของกระจุกดาวทรงกรม NGC 6397 นั้นมีหลุมดำขนาดเล็กอยู่อย่างหนาแน่นแทนที่จะเป็นหลุมดำมวลยิ่งยวด (Supermassive Black hole) เหมือนกระจุกดาวอื่น ๆ โดยกระจุกดาวทรงกรมนั้นคือระบบดาวที่มีความหนาแน่นของดาวสูงมาก ซึ่งดาวแต่ละดวงในกระจุกดาวทรงกลมจะมีอายุเยอะมาก อาจมีอายุเกือบเท่าอายุของเอกภพแล้วด้วยซ้ำ

NGC 6397 อยู่ห่างออกไปจากโลกเพียง 7,800 ปีแสงซึ่งเป็นระยะทางที่ใกล้มาก ทำให้มันเป็นกระจุกดาวทรงกลมที่อยู่ใกล้โลกที่สุดอันหนึ่ง ใจกลางของ NGC 6397 นั้นมีความหนาแน่นสูงมาก มันจึงถูกเรียกว่า Core-collapsed cluster

ก่อนหน้านี้นักดาราศาสตร์สันนิษฐานว่ากระจุกดาว NGC 6397 น่าจะมีหลุมดำมวลปานกลางอยู่บริเวณใจกลางของมัน ซึ่งหลุมดำมวลปานกลางเรียกได้ว่าหายากมากเพราะส่วนใหญ่หลุมดำที่เกิดในกาแล็กซีหรือกระจุกดาวต่าง ๆ ก็จะเป็นหลุมดำมวลยิ่งยวด (SBH) ที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์หลายล้านเท่าไปเลย หรือไม่ก็เป็น Stellar-mass black hole ที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์เพียง 2 ถึง 3 เท่า

ภาพของกระจุกดาว NGC 6397 ซึ่งอยู่ห่างออกไปจากโลก 7,800 ปีแสง – ที่มา NASA, ESA, T. Brown, S. Casertano, and J. Anderson (STScI)

อย่างไรก็ตามจากการสำรวจใจกลางของกระจุกดาวล่าสุดพบว่าในกระจุกดาวทรงกลมอันนี้นั้นมีมวลที่พึ่งถูกตรวจจับได้อยู่ และมวลเหล่านี้เป็นมวลที่มีปริมาณสูงมาก แถมยังไม่ได้อยู่เป็นแบบจุดจุดเดียวแต่กระจายกันอยู่รอบ ๆ แกนของกระจุกดาวขนาดประมาณ 2-3% ของขนาดของกระจุกดาว ในเมื่อจุดรวมมวลของกระจุกดาวไม่ได้อยู่เป็นจุดจุดเดียว หมายความว่ามันไม่ใช่หลุมดำอันใหญ่ ๆ อันเดียว

เพื่อยืนยันการสำรวจนี้นักดาราศาสตร์ได้ใช้เทคนิคการตรวจสอบอัตราเร็วของดาวที่เคลื่อนที่ภายในกระจุกดาวเพื่อประมาณการกระจายตัวของมวลกระจุกดาว เพื่อหาว่ามวลส่วนใหญ่ของกระจุกดาวไปรวมตัวกันอยู่ตรงไหน โดยพื้นที่ที่มีมวลสูงจะมีแรงดึงดูดสูง ทำให้ดาวหรือวัตถุที่เข้าใกล้พื้นที่มีอัตราเร็วสูงขึ้นเนื่องจากอิทธิพลแรงโน้มถ่วงนั่นเอง

ซึ่งข้อมูลเหล่านี้ต้องใช้เวลาเก็บหลายปีมากเพราะการเคลื่อนที่ของดาวเหล่านี้มีน้อยมาก เนื่องจากมันอยู่ห่างออกไปถึง 7,800 ปีแสงนั่นเองจึงต้องใช้การวัดการเคลื่อนที่แบบละเอียดมากเพื่อคำนวณการกระจายมวลของกระจุกดาว แต่มีข้อมูลจากกล้องชุดหนึ่งที่เก็บมาเพียงพอที่จะให้นักดาราศาสตร์วิเคราะห์ได้ นั่นก็คือข้อมูลกล้อง Hubble โดยข้อมูลของกล้อง Hubble ถูกนำไปวิเคราะห์ร่วมกับข้อมูลของ Gaia Observatory ของ European Space Agency (ESA) ในการวิเคราะห์

จากการวิเคราะห์ดังกล่าวพบว่าดาวต่าง ๆ ในกระจุกดาว NGC 6397 โคจรด้วยอัตราเร็วและวิถีโคจรแบบสุ่ม แทนที่จะเป็นการโคจรแบบวงกลมหรือวงรีเหมือนโลกโคจรดวงอาทิตย์ นั่นหมายความว่าดาวเหล่านี้ได้รับอิทธิพลจากแรงโน้มถ่วงหลายแห่ง หมายความว่าใจกลางของกระจุกดาวอันนี้ไม่ได้มีหลุมดำเป็นจำนวนมากแทนที่จะมีอันเดียว

วิดีโอการวิเคราะห์การกระจายมวลของกระจุกดาว NGC 6397 – ที่มา NASA Goddard Space Flight Center

นักดาราศาสตร์คาดว่าหลุมดำจำนวนมากพวกนี้น่าจะเป็นซากของดาวมวลมากอย่าง เช่น ดาวแคระขาว ดาวนิวตรอน ที่สิ้นอายุขัยแล้วแกนดาวยุบตัวลงจนระเบิดออกเป็น Supernova และเกิดเป็นหลุมดำขนาดเล็ก ๆ นอกจากนี้ยังพบว่าดาวต่าง ๆ ในกระจุกดาวจะได้รับอิทธิพลจากสิ่งที่เรียกว่า “Dynamical friction” เมื่อแรงโน้มถ่วงใจกลางกระจุกดาวสูงมากจนซากดาวพวกนี้ค่อย ๆ ดูดซากอื่น ๆ เข้าใกล้กันเรื่อย ๆ ซึ่งยิ่งจะทำให้มวลใจกลางกระจุกดาวสูงขึ้นเป็นผลให้ดาวมวลมากที่อยู่ใกล้เคียงถูกดึงเข้ามาใจกลางของกระจุกดาวด้วย ส่วนดาวมวลน้อยก็จะค่อย ๆ ร่นถอยเมื่อดาวมวลมากมาแทนที่นั่นเอง เป็นผลให้แกนกลางของกระจุกดาวมีความหนาแน่นสูง

นอกจากนี้หลุมดำขนาดเล็กหลาย ๆ หลุมพวกนี้อาจถูกดึงเข้าใกล้กันจนรวมตัวกันกลายเป็นหลุมดำที่ขนาดใหญ่ขึ้นเรียกว่า “Merger” ซึ่งการรวมตัวกันของหลุมดำจะทำให้เกิดคลื่นความโน้มถ่วง (Gravitational wave) ที่โลกสามารถตรวจจับได้ด้วย LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) เป็นไปได้ว่าคลื่นที่เราตรวจจับได้บ่อย ๆ อาจมาจากการรวมตัวกันจองหลุมดำแบบนี้นั่นเอง

เรียบเรียงโดย ทีมงาน SPACETH.CO

อ้างอิง

Hubble Uncovers Concentration of Small Black Holes





MORE