การสังเกตการณ์ที่รวบรวมโดยใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ได้เผยให้เห็นหลุมดำมวลมหาศาลที่ยังทำงานอยู่ ซึ่งมีมวล 9 ล้านเท่าของดวงอาทิตย์ และกำลังเติบโตอย่างต่อเนื่องและดูดซับสสารจากอวกาศรอบๆ 570 ล้านปีหลังบิกแบง หลุมดำมวลมหาศาลแห่งแรกที่เติบโต แม้ว่านักวิทยาศาสตร์หวังว่าหลุมดำจะคงอยู่ได้ไม่นาน
หลุมดำถูกพบภายในกาแล็กซีแรกสุดแห่งหนึ่งที่เคยค้นพบ ซึ่งเดิมเรียกว่า EGSY8p7และตั้งแต่นั้นมาก็เปลี่ยนชื่อเป็น CEERS 1019 การค้นพบนี้สามารถช่วยไขปริศนาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดข้อหนึ่งของเอกภพในยุคแรกเริ่ม นั่นคือการที่หลุมดำใน Cosmic Dawn ขยายขนาดให้ใหญ่ขึ้นในช่วงเวลาสั้นๆ เช่นนี้ได้อย่างไร
บทความที่ให้รายละเอียดการค้นพบนี้นำโดยนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์รีเบคก้า ลาร์สันแห่งมหาวิทยาลัยเทกซัส ออสติน ปรากฏในฉบับพิเศษของ The Astrophysical Journal "เราพบนิวเคลียสของดาราจักรกัมมันต์ (AGN) ที่อยู่ห่างไกลที่สุดและหลุมดำที่เก่าแก่ที่สุดที่เราเคยพบ" ลาร์สันบอกกับ ScienceAlert เดิมที Larson สังเกต CEERS 1019 ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของงานของเธอที่ศึกษาแสงที่เกิดจากการก่อตัวดาวฤกษ์ในเอกภพยุคแรกเริ่ม
แสงนี้เรียกว่ารังสีแอลฟาลายแมน เชื่อกันว่าเกิดจากการแตกตัวเป็นไอออนของไฮโดรเจนที่เป็นกลางในระหว่างการก่อตัวดาวฤกษ์ เอกภพในยุคแรกเริ่มเต็มไปด้วยหมอกของไฮโดรเจนที่เป็นกลางซึ่งขัดขวางการแพร่กระจายของแสง หลังจากที่ไฮโดรเจนแตกตัวเป็นไอออนแล้วแสงจะสามารถแพร่กระจายได้อย่างอิสระ
ดังที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่ายุคแห่งการรีออไนเซชันนี้ยังไม่ได้รับการศึกษาอย่างเต็มที่ เรารู้ว่ามันเกิดขึ้นในช่วงพันล้านปีแรกหลังจากบิ๊กแบงเมื่อ 13,8 พันล้านปีก่อน แต่มันยากมากที่จะมองไปไกลถึงจักรวาลในยุคแรกเริ่ม CEERS 1019 และกาแลคซียุคแรกสุดอื่นๆ อีกหลายแห่งเป็นวัตถุที่ยอดเยี่ยมสำหรับการศึกษานี้ เนื่องจากพวกมันค่อนข้างสว่าง กาแล็กซีนี้ได้รับการระบุในข้อมูลของฮับเบิลในปี 2015 และในเวลานั้นมันเป็นกาแล็กซีที่เร็วและไกลที่สุดที่สังเกตได้
การสังเกตเพิ่มเติมยืนยันการมีอยู่ของมัน แต่ข้อมูลรายละเอียดเพิ่มเติมยังคงเข้าใจยาก: แสงแรกสุดในเอกภพเนื่องจากการขยายตัวของเอกภพ ได้เคลื่อนเข้ามาจนถึงส่วนอินฟราเรดของสเปกตรัมซึ่งจำเป็นต้องใช้เครื่องมืออินฟราเรดพิเศษที่ทรงพลังเช่น JWST เพื่อศึกษามัน
ดังนั้นเมื่อ JWST ปรากฏขึ้น CEERS 1019 ซึ่งเป็นกาแล็กซีฮับเบิลที่สว่างที่สุดในยุคนี้จึงกลายเป็นเป้าหมายที่ชัดเจน กล้องโทรทรรศน์ดูกาแลคซีเพียงหนึ่งชั่วโมงด้วยเครื่องมือทั้งสี่ของมัน แต่ให้ข้อมูลมากมาย
จากนั้น Larson ก็สังเกตเห็นบางสิ่งที่เธอไม่คาดคิด นอกจากการก่อตัวดาวสว่างแล้ว ยังมีลักษณะการแผ่รังสีกว้างซึ่งมักเกี่ยวข้องกับ AGN เมื่อเธอบอกนักวิจัยของ AGN เกี่ยวกับเรื่องนี้ สิ่งต่างๆ ก็น่าสนใจ โดยปกติแล้ว กาแล็กซีในเอกภพยุคแรกจะเปล่งแสงจากซูเปอร์โนวาหรือแสงจากการก่อตัวของดาวฤกษ์ การได้เห็นทั้งสองในกาแลคซีเดียวกันเป็นสิ่งที่คาดไม่ถึงอย่างยิ่ง
“เราโต้เถียงกันหลายสัปดาห์ว่ามันควรจะเป็น ว่ามันควรจะเป็นอย่างใดอย่างหนึ่ง และปรากฎว่าเป็นทั้งสองอย่าง หลุมดำมีอิทธิพลบางอย่างต่อเส้นการแผ่รังสีที่เราเห็น แต่แสงส่วนใหญ่ที่เราเห็นในภาพของเรายังคงถูกครอบงำโดยส่วนที่ก่อตัวเป็นดาวของกาแลคซี" การที่หลุมดำมวลมหาศาลมีอยู่เมื่อกว่า 13,2 พันล้านปีก่อนและเติบโตอย่างต่อเนื่องนั้นไม่น่าแปลกใจอย่างที่คุณคิด
มีการค้นพบหลุมดำขนาดใหญ่กว่ามากในเอกภพยุคแรก J1342+0928 ซึ่งเป็นกึ่งดาราจักรที่ค้นพบหลังจากบิกแบง 690 ล้านปี มีหลุมดำมวลมหาศาลขนาด 800 ล้านดวง หลุมดำใน J0313-1806 ค้นพบหลังจากบิกแบง 670 ล้านปี มีขนาดเท่ากับดวงอาทิตย์ 1,6 พันล้านดวง
ควอซาร์ทั้งสองนี้ถูกควบคุมโดยการปล่อย AGN Larson และเพื่อนร่วมงานของเธอกล่าวว่า CEERS 1019 เป็นขั้นกลาง: จุดระหว่างกาแลคซีในภายหลัง ใหญ่กว่า ใหญ่ขึ้น ครอบงำ AGN กับการที่กาแลคซีเหล่านั้นและหลุมดำเริ่มก่อตัวขึ้นตั้งแต่แรก เมื่อมองไปที่หลุมดำมวลมหาศาลใน CEERS 1019 นักวิจัยเชื่อว่าวัตถุนั้นก่อตัวขึ้นจากการยุบตัวของวัตถุขนาดใหญ่ เช่น หนึ่งในดาวฤกษ์ที่เก่าแก่ที่สุดในจักรวาล ดาวฤกษ์เหล่านี้มีขนาดใหญ่กว่าดาวฤกษ์ที่เราเห็นรอบตัวเราในปัจจุบันมาก ดังนั้นหลุมดำจากการยุบตัวดังกล่าวจึงน่าจะเป็นจุดเริ่มต้นของเส้นทางสู่มวลมหาศาล
ดังที่ Larson ชี้ให้เห็น ผลลัพธ์ได้จากการสังเกตเพียงหนึ่งชั่วโมง การสังเกตที่ลึกจริงๆ นั้นคาดว่าจะเผยให้เห็นกาแลคซีที่ห่างไกลมากขึ้นและจางลง ซึ่งในที่สุดจะช่วยให้เราเข้าใจว่าเอกภพกำเนิดและเติบโตอย่างไร
อ่าน:
- นักดาราศาสตร์ได้เห็นการกระตุ้นอย่างมีพลังของหลุมดำ
- หลุมดำมวลมหาศาล Sagittarius A* ตื่นขึ้นมาเมื่อ 200 ปีที่แล้ว