นักดาราศาสตร์เผยภาพลำอนุภาคส่ายไปมาจากหลุมดำ พลังงานมหาศาลเทียบเท่าดวงอาทิตย์หมื่นดวง

ทีมนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์นำโดยมหาวิทยาลัยเคอร์ทินเปิดเผยผลการศึกษา "ลำอนุภาค" หรือเจ็ตที่พวยพุ่งออกมาจากหลุมดำในระบบดาวคู่ซิกนัสเอกซ์-วัน (Cygnus-X1) โดยใช้ข้อมูลภาพถ่ายคลื่นวิทยุความละเอียดสูงที่รวบรวมมานานถึง 18 ปี ผลการวิจัยชี้ให้เห็นว่าลำอนุภาคเหล่านี้มีพลังงานมหาศาลเทียบเท่ากับดวงอาทิตย์ 10,000 ดวง และเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงถึงครึ่งหนึ่งของอัตราเร็วแสง การค้นพบนี้ช่วยยืนยันทฤษฎีที่ว่าหลุมดำมีบทบาทสำคัญในการกำหนดโครงสร้างและวิวัฒนาการของเอกภพ

ระบบดาวคู่ซิกนัสเอกซ์-วัน เป็นระบบดาวคู่ระบบแรกที่ได้รับการยืนยันว่าประกอบด้วยหลุมดำและดาวยักษ์ใหญ่โคจรร่วมกัน ตามธรรมชาติของหลุมดำ เมื่อสสารจำพวกก๊าซและฝุ่นถูกแรงโน้มถ่วงดึงดูดเข้าไป จะเกิดการก่อตัวเป็นจานพอกพูนมวลที่หมุนด้วยความเร็วสูง สสารส่วนใหญ่จะตกลงสู่ขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำ แต่จะมีสสารบางส่วนหมุนวนและถูกขับออกไปทางขั้ว เกิดเป็นลำอนุภาคทรงพลังที่สามารถสังเกตเห็นได้จากระยะไกลหลายปีแสง

เพื่อให้เข้าใจถึงความรุนแรงของลำอนุภาคดังกล่าว ทีมวิจัยจากศูนย์วิจัยดาราศาสตร์วิทยุนานาชาติ (ICRAR) ได้ศึกษาการรบกวนที่เกิดจากลมดาวฤกษ์ของดาวยักษ์ใหญ่ที่โคจรคู่กับหลุมดำ ลมดาวฤกษ์นี้พัดปะทะจนส่งผลให้ลำอนุภาคของหลุมดำเกิดการโค้งงอหรือส่ายไปมาคล้ายกับการเต้นระบำขณะที่วัตถุทั้งสองโคจรรอบกัน นักดาราศาสตร์ได้นำข้อมูลคลื่นวิทยุจากเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุสองแห่ง ได้แก่ วีแอลบีเอและเครือข่ายอีวีเอ็นของยุโรปมาประมวลผลร่วมกันด้วยเทคนิคการแทรกสอดระยะฐานยาวมากจนได้ภาพระบบดาวคู่ที่สมบูรณ์แบบและแม่นยำ

การติดตามสังเกตการณ์ที่ยาวนานทำให้ทีมวิจัยสามารถประเมินความเร็วของลำอนุภาคหลุมดำได้เป็นครั้งแรก ซึ่งมีความเร็วถึง 150,000 กิโลเมตรต่อวินาที นอกจากนี้ข้อมูลยังระบุว่าพลังงานประมาณร้อยละ 10 ของสสารที่ตกลงสู่หลุมดำจะถูกขับออกไปพร้อมกับลำอนุภาค ตัวเลขนี้เป็นสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์เคยตั้งสมมติฐานไว้ในแบบจำลองขนาดใหญ่ของเอกภพมานานแล้ว แต่เพิ่งจะสามารถสังเกตการณ์และยืนยันด้วยข้อมูลจริงได้สำเร็จ การวัดค่าพลังงานที่แม่นยำนี้ยังชี้ให้เห็นว่าพลังงานมหาศาลจากหลุมดำถูกถ่ายทอดออกสู่อวกาศและส่งผลกระทบต่อสภาพแวดล้อมโดยรอบอย่างรุนแรง

งานวิจัยชิ้นนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature Astronomy ถือเป็นจุดเปลี่ยนสำคัญที่ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์มีความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับกลไกทางฟิสิกส์ของหลุมดำอย่างถ่องแท้ ไม่ว่าหลุมดำนั้นจะมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ 10 เท่าหรือมากถึง 10 ล้านเท่าก็ตาม ในอนาคตเมื่อโครงการก่อสร้างเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุตารางกิโลเมตร (Square Kilometer Array) ในประเทศออสเตรเลียตะวันตกและแอฟริกาใต้เสร็จสมบูรณ์ นักดาราศาสตร์จะสามารถตรวจจับลำอนุภาคจากหลุมดำในกาแล็กซีอันห่างไกลได้อีกนับล้านแห่ง ซึ่งจะช่วยเติมเต็มจิ๊กซอว์แห่งความรู้เกี่ยวกับวิวัฒนาการของกาแล็กซีและเอกภพให้สมบูรณ์และชัดเจนมากยิ่งขึ้น

ข้อมูลอ้างอิง: Curtin University / Nature Astronomy

• Astronomers Witness the Awesome Power of a Black Hole's "Dancing Jets"