หลุมดำหรือกาแลกซี่ซึ่งมาก่อน?

นักดาราศาสตร์ที่ใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุ Very Large Array (VLA) ของมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติเพื่อศึกษาควาซาร์ที่ห่างไกลที่สุดได้พบเบาะแสยั่วเย้าที่อาจตอบคำถามไก่ - ไข่ระยะยาวซึ่งมาก่อนหลุมดำมวลมหาศาลหรือกาแลคซียักษ์

เป็นเวลาหลายปีที่นักดาราศาสตร์ตั้งข้อสังเกตว่าความสัมพันธ์โดยตรงระหว่างมวลของหลุมดำใจกลางกาแลคซีมวลมหาศาลและมวลรวมของ "นูน" ของดาวฤกษ์ที่ใจกลาง ยิ่งหลุมดำยิ่งใหญ่เท่าไหร่ นักวิทยาศาสตร์ได้คาดการณ์อย่างกว้างขวางว่าหลุมดำหรือกระพุ้งของดาวฤกษ์ก่อตัวขึ้นก่อนหรือไม่ เมื่อเร็ว ๆ นี้บางทฤษฎีได้แนะนำว่าทั้งสองอาจเกิดขึ้นพร้อมกัน

อย่างไรก็ตามการสังเกตการณ์ VLA ใหม่ของควาซาร์และกาแลคซีโฮสต์พบเห็นเมื่อตอนที่เอกภพมีอายุน้อยกว่าหนึ่งพันล้านปีบ่งชี้ว่ากาแลคซีอายุน้อยมีหลุมดำมวลมหาศาล แต่ไม่มีดาวขนาดใหญ่กระฉูด

“ เราพบก๊าซจำนวนมากในกาแลคซีหนุ่มนี้และเมื่อเราเพิ่มมวลของก๊าซนี้ลงในหลุมดำพวกมันก็รวมกันเป็นมวลเกือบทั้งหมดของระบบทั้งหมด การเปลี่ยนแปลงของกาแลคซีบ่งบอกว่าไม่มีมวลเหลืออยู่มากพอที่จะทำให้ขนาดของดาวฤกษ์ที่ถูกทำนายไว้โดยแบบจำลองในปัจจุบัน” Chris Carilli จากหอสังเกตการณ์วิทยุดาราศาสตร์แห่งชาติ (NRAO) ในโซคอร์โร, นิวเม็กซิโกกล่าว

นักวิทยาศาสตร์ศึกษาควาซาร์ทำสำเนาว่า J1148 + 5251 ซึ่งมากกว่า 12.8 พันล้านปีแสงนั้นเป็นควาซาร์ที่อยู่ไกลที่สุดที่ยังพบ ค้นพบในปี 2003 โดยการสำรวจท้องฟ้าสโลนดิจิตอล J1148 + 5251 เป็นกาแลคซีอายุน้อยที่มีแกนควาซาร์ที่สว่างเหมือนที่เคยเห็นเมื่อเอกภพมีอายุเพียง 870 ล้านปี ตอนนี้จักรวาลมีอายุ 13.7 พันล้านปี

เล็ง VLA ที่ J1148 + 4241 ประมาณ 60 ชั่วโมงนักวิจัยสามารถกำหนดปริมาณของโมเลกุลก๊าซในระบบ นอกจากนี้พวกเขาสามารถวัดการเคลื่อนที่ของก๊าซนั้นและประเมินมวลทั้งหมดของระบบกาแลคซี การศึกษาก่อนหน้านี้ของระบบได้ประเมินว่าหลุมดำนั้นมีมวล 1 - 5 พันล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ของเรา

การสำรวจ VLA ใหม่บ่งชี้ว่ามีมวลโมเลกุลแสงอาทิตย์ประมาณ 10 พันล้านดวงในระบบและมวลรวมทั้งหมดของระบบคือมวลดวงอาทิตย์ประมาณ 40-50 พันล้านดวง ก๊าซและหลุมดำรวมกันเป็นสาเหตุให้มวลสุริยะประมาณ 11-15 พันล้านดวงจากทั้งหมดนั้น

“ อัตราส่วนที่ยอมรับได้บ่งชี้ว่าหลุมดำของมวลนี้ควรถูกล้อมรอบด้วยดาวฤกษ์มวลดวงอาทิตย์หลายล้านล้านดวง การวัดพลวัตของเราแสดงให้เห็นว่ามีมวลไม่มากนักยกเว้นหลุมดำและก๊าซเพื่อก่อตัวเป็นดาวฤกษ์ สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าหลุมดำก่อตัวขึ้นก่อนที่ดาวจะกระพุ้ง” Fabian Walter จากสถาบัน Max Planck for Radioastronomy ในไฮเดลเบิร์กประเทศเยอรมนีซึ่งเป็น Jansky Postdoctoral Fellow ที่ NRAO ใน Socorro เมื่อมีการสังเกต

“ ตัวอย่างหนึ่งไม่ได้ทำให้แน่นอน แต่ในวัตถุนี้เราเห็นได้ชัดว่าเรามีตัวอย่างของหลุมดำที่ไม่มีส่วนที่นูนเป็นตัวเอก ตอนนี้เราต้องทำการศึกษาอย่างละเอียดเกี่ยวกับวัตถุดังกล่าวมากขึ้นในเอกภพยุคแรกที่ห่างไกล "Carilli กล่าว “ ด้วยความไวที่เพิ่มขึ้นอย่างมากมายของ Expanded VLA และ Atacama Large Millimeter Array (ALMA) ซึ่งจะเข้ามาในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าเราจะมีเครื่องมือที่เราต้องใช้ในการแก้ไขคำถามนี้อย่างแน่นอน” Carilli กล่าว

“ การศึกษาเช่นนี้เป็นกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจว่ากาแลคซีก่อตัวขึ้นครั้งแรกได้อย่างไร” วอลเตอร์กล่าว

Walter และ Carilli ทำงานร่วมกับ Frank Bertoldi และ Karl Menten จาก Max Planck Institute ใน Bonn; ปิแอร์คอคส์จากสถาบันฟิสิกส์ดาราศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยปารีส - ใต้; เฟรดเค. วาย. ทองหล่อของ NRAO ใน Charlottesville, VA; Xiahui Fan จาก Steward Observatory ของมหาวิทยาลัยแอริโซนา และ Michael Strauss จากมหาวิทยาลัย Princeton ในโครงการ ผลการวิจัยของพวกเขาถูกตีพิมพ์ในวารสาร Astrophysical Journal Letters

หอดูดาววิทยุดาราศาสตร์แห่งชาติเป็นสิ่งอำนวยความสะดวกของมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติดำเนินการภายใต้ข้อตกลงความร่วมมือโดย Associated Universities, Inc.

แหล่งต้นฉบับ: NRAO News Release