ภาพของพื้นที่ภาคกลางของกาแล็คซี่ดาวกระจาย M82 เครดิตรูปภาพ: NASA คลิกเพื่อขยาย
นักวิทยาศาสตร์ที่ใช้ Rossi X-ray Timing Explorer ได้พบดาวฤกษ์ที่กำลังโคจรรอบสิ่งที่ดูเหมือนจะเป็นหลุมดำขนาดกลาง หมวดหมู่ "หลุมดำ" ที่อยู่ระหว่างการทำทฤษฏีที่ได้ทำการยืนยันและนักวิทยาศาสตร์ที่ผิดหวังมานานกว่าทศวรรษ
ด้วยการค้นพบดาวฤกษ์และช่วงเวลาการโคจรของมันนักวิทยาศาสตร์อยู่ห่างออกไปหนึ่งก้าวจากการตรวจสอบมวลของหลุมดำดังกล่าวซึ่งเป็นขั้นตอนที่จะช่วยยืนยันการมีอยู่ของมัน ระยะเวลาและตำแหน่งของดาวฤกษ์นั้นสอดคล้องกับทฤษฎีหลักของการที่หลุมดำเหล่านี้ก่อตัวขึ้นได้อย่างไร
ทีมนำโดยศ. ฟิลิปคาเรตแห่งมหาวิทยาลัยไอโอวาไอโอวาซิตีประกาศผลเหล่านี้ใน Science Express ผลลัพธ์จะปรากฏในวารสาร Science ฉบับวันที่ 27 มกราคม
“ เราจับดาวที่ไม่ธรรมดานี้ในระยะที่ไม่เหมือนใครในวิวัฒนาการจนถึงจุดสิ้นสุดของชีวิตเมื่อมันกลายเป็นดาวยักษ์แดง” Kaaret กล่าว “ เป็นผลให้ก๊าซจากดาวฤกษ์พุ่งทะลุเข้าไปในหลุมดำทำให้พื้นที่ทั้งหมดสว่างขึ้น นี่เป็นพื้นที่ที่ได้รับการศึกษาอย่างดีบนท้องฟ้าและเราได้เห็นดาวดวงนี้ด้วยโชคเล็กน้อยและความเพียรมากมาย”
หลุมดำเป็นวัตถุที่มีความหนาแน่นสูงและด้วยแรงโน้มถ่วงที่รุนแรงมากจนไม่มีสิ่งใดแม้แต่แสงสามารถหลบหนีจากแรงดึงได้ภายในขอบเขตของมัน บริเวณที่เป็นหลุมดำจะมองเห็นได้เมื่อสสารตกสู่พื้นและทำให้อุณหภูมิสูงขึ้น แสงนี้ถูกปล่อยออกมาก่อนที่สสารจะผ่านชายแดนเรียกว่าขอบฟ้าเหตุการณ์
กาแลคซีของเราเต็มไปด้วยหลุมดำมวลดาวฤกษ์นับล้านดวงแต่ละดวงมีมวลของดวงอาทิตย์เพียงไม่กี่ดวง รูปแบบเหล่านี้มาจากการล่มสลายของดาวมวลสูงมาก กาแลคซีส่วนใหญ่มีหลุมดำมวลมหาศาลที่แกนกลางซึ่งบรรจุมวลดวงอาทิตย์หลายล้านล้านดวงที่ถูกกักขังไว้ในภูมิภาคหนึ่งซึ่งไม่ใหญ่กว่าระบบสุริยะของเรา นักวิทยาศาสตร์ไม่ทราบว่ารูปแบบเหล่านี้มีความเป็นไปได้อย่างไร
ดร. Jean Swank นักวิทยาศาสตร์โครงการ Rossi Explorer ที่ศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ดกรีนเบลต์กล่าวว่าในทศวรรษที่ผ่านมาดาวเทียมหลายดวงได้ค้นพบหลักฐานของหลุมดำระดับใหม่ซึ่งอาจอยู่ระหว่าง 100 ถึง 10,000 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ , Md.“ มีการถกเถียงกันเกี่ยวกับมวลชนและรูปแบบของหลุมดำเหล่านี้จะก่อตัวอย่างไร Rossi ได้ให้ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญใหม่”
หลุมดำมวลปานกลางที่น่าสงสัยเหล่านี้เรียกว่าวัตถุ X-ray ส่องสว่างเป็นพิเศษเนื่องจากเป็นแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ที่สว่าง ในความเป็นจริงการประมาณมวลหลุมดำเหล่านี้ส่วนใหญ่มีพื้นฐานมาจากการคำนวณว่าแรงดึงความโน้มถ่วงนั้นแข็งแกร่งเพียงใดในการสร้างแสงที่มีความเข้มที่กำหนด
กลุ่มของ Kaaret ที่ University of Iowa ซึ่งรวมถึง Prof. Cornelia Lang และ Melanie Simet ระดับปริญญาตรีได้ทำการวัดที่สามารถใช้ในสมการเพื่อคำนวณมวลโดยตรง การใช้ฟิสิกส์ของนิวตันตรงไปตรงมานักวิทยาศาสตร์สามารถคำนวณมวลของวัตถุเมื่อพวกเขารู้ระยะเวลาการโคจรและความเร็วของวัตถุขนาดเล็กที่หมุนรอบตัวมัน
“ เราพบแสงเอ็กซ์เรย์ขึ้นและลงทุก 62 วันซึ่งน่าจะเกิดจากการโคจรของดาวข้างเคียงรอบหลุมดำ” Simet กล่าว ความเร็วจะยากต่อการตรวจสอบเนื่องจากดาวฤกษ์อยู่ในบริเวณที่มีฝุ่นปกคลุม สิ่งนี้ทำให้มันยากสำหรับกล้องโทรทรรศน์ออปติคัลและอินฟราเรดที่จะสังเกตดาวและทำการคำนวณความเร็ว แต่สำหรับตอนนี้การรู้เพียงระยะเวลาของวงโคจรนั้นเปิดเผยมาก
หลุมดำมวลปานกลางที่น่าสงสัยที่รู้จักกันในชื่อ M82 X-1 เป็นวัตถุเอ็กซเรย์ส่องสว่างที่มีการศึกษาอย่างดีในกระจุกดาวใกล้เคียง ทฤษฎีชั้นนำเสนอว่าการชนดาวจำนวนมากในช่วงเวลาสั้น ๆ ในภูมิภาคที่มีผู้คนหนาแน่นจะสร้างดาวยักษ์ขนาดยักษ์อายุสั้นที่ยุบลงไปในหลุมดำมวล 1,000 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ กระจุกที่อยู่ใกล้ M82 X-1 มีความหนาแน่นสูงพอที่จะก่อตัวเป็นหลุมดำ ไม่มีสหายปกติสามารถให้เชื้อเพลิงเพียงพอที่จะทำให้ M82 X-1 เปล่งประกายสดใส แต่ระยะเวลาการโคจร 62 วันบ่งบอกว่าสหายต้องมีความหนาแน่นต่ำมาก นี่เหมาะกับสถานการณ์ของดาวยักษ์ยักษ์พองตัวซึ่งสูญเสียมวลในอัตราที่สูงพอที่จะใช้เชื้อเพลิง M82 X-1
“ ด้วยการค้นพบช่วงเวลาการโคจรนี้ตอนนี้เรามีภาพที่สอดคล้องกันของวิวัฒนาการทั้งหมดของไบนารีหลุมดำมวลปานกลาง” Kaaret กล่าว “ มันถูกสร้างขึ้นในกระจุกดาว ‘super’ หลุมดำก็จับดาวฤกษ์สหายไว้ ดาวสหายวิวัฒนาการไปสู่เวทียักษ์ และตอนนี้เราเห็นว่ามันเป็นแหล่งรังสีเอกซ์ที่ส่องสว่างอย่างมากเนื่องจากดาวฤกษ์สหายขยายตัวและกำลังป้อนหลุมดำ”
แหล่งที่มาดั้งเดิม: NASA News Release
