ทีมนักวิจัยจาก University of Kansas ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ ศึกษาเอกภพ โดยมีจุดประสงค์หลัก คือ
- เพื่อศึกษาคุณสมบัติของกาแล็กซีที่มีขนาดเล็กและตรวจพบได้ยาก
- เพื่อตรวจหาหลุมดำใจกลางกาแล็กซีที่มีการขยายตัวอย่างรวดเร็ว (active galactic nuclei; AGN)
อุปกรณ์หลักที่ใช้ในการวิจัย คือ MIRI ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ติดตั้งอยู่บนกล้องเจมส์ เว็บบ์ ใช้สำหรับถ่ายภาพในช่วงความยาวคลื่นอินฟราเรดย่านกลาง โดยทางทีมวิจัยกล่าวว่า “AGN ตรวจพบน้อยกว่าที่คาดการณ์ไว้” หรืออาจสรุปได้ว่า “เอกภพของเรามีเสถียรภาพมากกว่าที่คิดไว้” งานวิจัยชิ้นนี้ถูกตีพิมพ์ในวารสาร The Astrophysical Journal ซึ่งดำเนินการโดย CEERS (Cosmic Evolution Early Release Science)
แผนการศึกษาของทีมวิจัย
โครงการวิจัยนี้นำโดย Allison Kirkpatrick ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์และดาราศาสตร์จาก University of Kansas โดยมุ่งเป้าศึกษาไปที่บริเวณที่มีการศึกษามาอย่างยาวนาน หรือที่เรียกว่า “Extended Groth Strip” ซึ่งบริเวณนี้อยู่ระหว่างกลุ่มดาวหมีใหญ่ (Ursa Major) และกลุ่มดาวคนเลี้ยงสัตว์ (Boötes)
ทีมวิจัยได้สังเกตการณ์เมื่อเดือนธันวาคม (2022) และเดือนมิถุนายน (2023) ที่ผ่านมา โดยมีจุดประสงค์เพื่อที่จะศึกษาและระบุลักษณะของกาแล็กซีที่ภายในเต็มไปด้วยการก่อตัวของดาวฤกษ์ เปรียบเสมือนการศึกษาสิ่งที่เกิดขึ้นแล้วเมื่อประมาณ 7-10 พันล้านปีก่อน ซึ่งการที่จะศึกษาความเป็นไปของกาแล็กซี ก็จำเป็นที่จะต้องศึกษาหลุมดำที่อยู่ใจกลางกาแล็กซี แต่หลุมดำบางส่วนกลับถูก “ฝุ่น” บดบังไป
ต้องกล่าวก่อนว่า ทุก ๆ กาแล็กซีในเอกภพมีหลุมดำอยู่ใจกลางทั้งสิ้น แต่หลุมดำชนิด AGN คือหลุมดำที่มีแรงดึงดูดมหาศาล ทำให้ดึงดูดฝุ่นและแก๊สในปริมาณมากและบดบังวิสัยทัศน์ในการสังเกตการณ์
เมื่ออุปสรรคแรกในการศึกษาครั้งนี้คือ “ฝุ่น” ทำให้เป้าหมายแรกในการศึกษาคือต้องมองทะลุฝุ่นเหล่านี้เพื่อศึกษาหลุมดำที่สนใจนั่นเอง ทีมวิจัยจึงใช้อุปกรณ์ MIRI ที่ติดตั้งไปบนกล้องเจมส์ เว็บบ์ (ภาพที่ได้จากช่วงความยาวคลื่นอินฟราเรดย่านกลางเป็นภาพที่ไม่มีฝุ่นบดบัง) ในการถ่ายภาพหลุมดำ โดยอุปกรณ์นี้มีประสิทธิภาพสูงกว่าอุปกรณ์ที่ใช้ศึกษาก่อนหน้ามาก
การศึกษาครั้งนี้ค้นพบอะไรบ้าง?
Kirkpatrick กล่าวว่า “ปริศนาที่สำคัญที่สุดทางดาราศาสตร์คือการทำความเข้าใจว่าหลุมดำมวลยิ่งยวดใจกลางกาแล็กซีนั้นเป็นหลุมดำชนิดใด” โดยองค์ความรู้ที่มีในปัจจุบันมาจากการศึกษาหลุมดำมวลยิ่งยวดในกาแล็กซีขนาดใหญ่อย่างกาแล็กซีทางช้างเผือก สรุปสั้น ๆ ได้ว่า “ความเป็นไปของหลุมดำใจกลางกาแล็กซีส่งผลต่อลักษณะของกาแล็กซีนั้นด้วย” แต่ในการศึกษาพบว่า หลุมดำขนาดเล็กที่ตรวจพบกลับไม่ได้เป็นไปตามองค์ความรู้ที่กล่าวมาข้างต้น
Kirkpatrick รวมถึงนักดาราศาสตร์ในทีมวิจัยคาดการณ์ไว้ว่า ในเมื่ออุปกรณ์ MIRI บนกล้องเจมส์ เว็บบ์ มีประสิทธิภาพสูงกว่ากล้องสปิตเซอร์ที่ใช้ในการสังเกตการณ์ในอดีต ดังนั้น จึงควรค้นพบหลุมดำชนิด AGN มากกว่าในอดีต แต่ผลที่ได้กลับ “ไม่พบหลุมดำชนิด AGN มากเท่าที่คาดการณ์ไว้”
ในเมื่อเอกภพของเราไม่ได้มีหลุมดำที่ขยายตัวอย่างรวดเร็ว (AGN) มากขนาดนั้น แสดงว่าหลุมดำในเอกภพมีแนวโน้มการขยายตัวช้ากว่าที่คิด หรืออาจกล่าวได้ว่า “เอกภพของเรามีเสถียรภาพมากกว่าที่นักดาราศาสตร์สันนิษฐานไว้”
Kirkpatrick เชื่อว่า ภายในกาแล็กซีเต็มไปด้วยฝุ่นที่มาจากการก่อตัวของดาวฤกษ์ ไม่ว่าจะเป็นกาแล็กซีขนาดเล็ก (มวลน้อย) หรือกาแล็กซีชนาดใหญ่ (มวลมาก) ก็ควรจะมีฝุ่นเหล่านี้ปริมาณมากทั้งนั้น แต่จากการสังเกตกาแล็กซีมวลน้อย (น้อยกว่ากาแล็กซีทางช้างเผือก) ที่ไม่ได้มีการค้นพบโดยกล้องสปิตเซอร์มาก่อนกลับพบว่า “ในกาแล็กซีมวลน้อย ฝุ่นในกาแล็กซีเหล่านั้นกลับมีปริมาณที่น้อยตามไปด้วย”
การค้นพบครั้งนี้สำคัญอย่างไร?
Kirkpatrick กล่าวว่า “การศึกษาครั้งนี้ได้เปลี่ยนความเข้าใจเกี่ยวกับการเติบโตของกาแล็กซีไปอย่างมาก โดยเฉพาะกับกาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา ประเด็นหลักอยู่ที่คำถามที่ว่า ในอดีตหลุมดำใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือกของเราเคยเป็นประเภท AGN หรือไม่” เธอยังได้ขยายความต่อไปอีกว่า “การที่เราค้นพบหลุมดำชนิด AGN น้อยกว่าที่สันนิษฐานไว้ หมายความว่า หลุมดำของเราอาจไม่ได้เปลี่ยนแปลงไปมากขึ้นเลยเมื่อเทียบกับในอดีต”
เรียบเรียงโดย ณัฐกิตต์ นามชู
อ้างอิง
[2] https://webb.nasa.gov/content/observatory/instruments/miri.html
