ตื่นตา! นักดาราศาสตร์จับภาพวินาที “คลื่นช็อก” ปะทะกันในลำเจ็ตหลุมดำยักษ์ ห่างออกไป 4,000 ปีแสง
นับเป็นก้าวสำคัญของวงการดาราศาสตร์เมื่อเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์ขนาดยักษ์ระดับโลกได้เผยภาพถ่ายและข้อมูลที่ไม่เคยปรากฏมาก่อน ของการปะทะกันระหว่างคลื่นช็อกและคลื่นความดันภายในลำอนุภาคพลังงานสูงที่พุ่งออกจากหลุมดำมวลยิ่งยวด ซึ่งอยู่ห่างจากโลกเราไปไกลแสนไกลถึง 4,000 ล้านปีแสง การค้นพบนี้ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจกลไกฟิสิกส์อันซับซ้อนที่ควบคุมกระแสพลังงานที่รุนแรงที่สุดในจักรวาลได้ลึกซึ้งยิ่งขึ้น
ความสำเร็จในครั้งนี้เกิดขึ้นจากประสิทธิภาพอันน่าทึ่งของเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์ขอบเหตุการณ์ (Event Horizon Telescope หรือ EHT) ซึ่งเป็นการทำงานร่วมกันของหอสังเกตการณ์วิทยุทั่วโลก ตั้งแต่ทวีปยุโรป อเมริกาใต้ ไปจนถึงขั้วโลกใต้ เพื่อสร้างกล้องโทรทรรศน์เสมือนที่มีขนาดใหญ่เท่ากับโลกทั้งใบ ความละเอียดของกล้อง EHT นั้นสูงมากเสียจนเปรียบได้กับการมองเห็นลูกปิงปองบนพื้นผิวดวงจันทร์จากบนโลก ความคมชัดระดับนี้เองที่ทำให้นักวิจัยสามารถตรวจพบการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยที่เกิดขึ้นในระบบหลุมดำคู่ที่ชื่อว่า OJ 287 ระบบหลุมดำ OJ 287 ตั้งอยู่ในกลุ่มดาวปู เป็นระบบที่มีความพิเศษอย่างยิ่งเนื่องจากประกอบด้วยหลุมดำมวลยิ่งยวดสองดวงโคจรรอบกัน ดวงที่ใหญ่กว่ามีมวลมหาศาลกว่าดวงอาทิตย์ของเราถึง 18,000 ล้านเท่า ขณะที่ดวงที่เป็นบริวารมีมวลประมาณ 150 ล้านเท่าของดวงอาทิตย์ ทั้งคู่โคจรรอบกันเป็นวงรีในลักษณะที่คล้ายกับการเต้นระบำอันแปลกประหลาด โดยดวงเล็กจะโคจรครบรอบทุกๆ 11 ถึง 12 ปี การเคลื่อนที่ที่ทรงพลังนี้ส่งผลโดยตรงต่อลำเจ็ต (Relativistic Jet) หรือกระแสของอนุภาคและพลังงานที่พุ่งออกจากหลุมดำด้วยความเร็วใกล้เคียงแสง
หัวใจสำคัญของการศึกษานี้คือการตรวจพบ "คลื่นช็อก" ที่เคลื่อนที่ผ่านลำเจ็ตด้วยความเร็วที่แตกต่างกัน เมื่อคลื่นเหล่านี้เคลื่อนที่ไปปะทะกับมวลสารรอบข้างที่เคลื่อนที่ช้ากว่า จึงเกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่า ความไม่เสถียรแบบเคลวิน-เฮล์มโฮลทซ์ (Kelvin-Helmholtz instabilities) ซึ่งถือเป็นครั้งแรกที่นักดาราศาสตร์สามารถสังเกตเห็นการปะทะระหว่างคลื่นช็อกและความไม่เสถียรเช่นนี้ได้โดยตรง
ดร. เอฟทาเลีย ไทรานู หนึ่งในผู้นำทีมวิจัยระบุว่า ทีมงานสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างภายในลำเจ็ตอย่างชัดเจนในช่วงเวลาเพียง 5 วันของการเก็บข้อมูลเมื่อปี พ.ศ. 2560 ซึ่งแสดงให้เห็นว่าสภาพแวดล้อมรอบหลุมดำนั้นมีความพลวัตและเปลี่ยนแปลงรวดเร็วเพียงใด นอกจากนี้ข้อมูลจากกล้อง EHT ยังช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างแผนผังของเรขาคณิตสนามแม่เหล็ก ในบริเวณที่ลำเจ็ตถูกปล่อยออกมาและบีบอัดจนเป็นลำพุ่งออกไป (Collimation region) ซึ่งมีระยะทางครอบคลุมพื้นที่กว้างใหญ่กว่ารัศมีของหลุมดำดวงที่ใหญ่ที่สุดถึง 10-100 เท่า
การค้นพบนี้ไม่ได้เป็นเพียงแค่การถ่ายภาพที่สวยงามเท่านั้น แต่เป็นกุญแจสำคัญในการไขปริศนาว่าลำเจ็ตที่ทรงพลังเหล่านี้ก่อตัวขึ้นได้อย่างไร และส่งผลกระทบต่อวิวัฒนาการของกาแล็กซีที่พวกมันอาศัยอยู่รวมถึงที่ว่างระหว่างกาแล็กซีอย่างไรบ้าง ในอนาคตอันใกล้ ข้อมูลเหล่านี้จะถูกนำไปวิจัยต่อยอดเพื่อสร้างภาพจำลองของเอกภพในช่วงที่หลุมดำกำลังแผลงฤทธิ์ได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น
ข้อมูลอ้างอิง: Daily Galaxy
- Scientists Just Captured Stunning Black Hole Jet Interaction 4 Billion Light-Years Away