นักวิทย์อาจพบหลุมดำที่ใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์ มวลเทียบเท่าดวงอาทิตย์ 36,000 ล้านดวง

ข้อมูล (ว่าที่) หลุมดำที่ใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์

หลุมดำขนาดยักษ์ที่ว่านี้เป็นการคำนวณและค้นหาด้วยปรากฏการณ์ที่สอดคล้องกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป จึงยังอยู่ระหว่างการยืนยัน 

รวมถึงมวลในหลุมดำอื่น ๆ เช่น ฟีนิกซ์ เอ (Pheonix A Black Hole) ที่มีค่ามวลเทียบเท่าดวงอาทิตย์ 100,000 ล้านดวง นั้นเป็นเทคนิคการประมาณค่าด้วยโมเดลวัดการเปลี่ยนแปลงพลังงานโดยรอบระบบ (Calorimetric model) ที่มีความคลาดเคลื่อนสูง และบางงานวิจัยยังเสนอว่า ฟีนิกซ์ เอ มีมวลเทียบเท่าดวงอาทิตย์ 12,600 ดวง เท่านั้น

อย่างไรก็ตาม ว่าที่หลุมดำขนาดยักษ์ที่ค้นพบล่าสุดนั้น อยู่ในบริเวณเกือกม้า (Cosmic Horseshoe) ซึ่งเป็นพื้นที่คล้ายเส้นเกือกม้า จากภาพดาราศาสตร์ซึ่งเกิดจากปรากฎการณ์เลนส์ความโน้มถ่วง (Gravitational Lensing) ที่ทำให้แสงจากวัตถุที่อยู่ในระยะไกล ๆ ในอวกาศเกิดการบิดเบือนขึ้นเป็นเส้นดังกล่าว จึงตั้งชื่อหลุมดำ SMBH ที่ค้นพบใหม่ว่าเป็นหลุมดำเกือกม้า (Cosmic Horseshoe black hole)

บริเวณที่ค้นพบยังทำให้รู้ด้วยว่าหลุมดำยักษ์มีพฤติกรรมที่สงบ หรือเป็นหลุมดำที่ไม่ได้ดูดกลืนมวลสารรอบตัวเองอย่างเห็นได้ชัด ต่างจากภาพจำของหลุมดำที่เคยค้นพบในอดีตซึ่งมักดูดกลืนมวลสารและวัตถุรอบตัว เช่น ซาจิตทาเรียส เอ สตาร์ (Sagittarius A*) หลุมดำซึ่งอยู่กลางกาแล็กซีทางช้างเผือก และมีมวลเทียบเท่าดวงอาทิตย์ประมาณ 4 ล้านดวง 

วิธีค้นหา (ว่าที่) หลุมดำที่ใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์

การตรวจจับหลุมดำแบบปกติ

โดยพื้นฐานแล้ว การเติบโตของหลุมดำที่มาจากการกลืนกินดวงดาวและมวลสารรอบตัวเองทำให้เกิดร่องรอยจากการเผาผลาญมวลต่าง ๆ คล้ายกันกับที่รถยนต์เผาผลาญเชื้อเพลิงและเกิดไอเสีย และจุดนี้เองที่ทำให้นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์สามารถค้นหาหลุมดำได้

อย่างไรก็ตาม หลุมดำเกือกม้าไม่ได้มีลักษณะการเติบโตแบบทั่วไปที่พบร่องรอยได้ง่าย การค้นหาจากไอเสียที่เกิดขึ้นจากการกลืนกินดาวงดาวจึงเป็นไปได้ยาก คอลเล็ตต์และทีมวิจัยจึงเลือกใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์เป็นกรอบในการค้นหาแทน

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปกับหลุมดำ

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเป็นหลักการที่อธิบายว่าพลังงานกับเวลามีความสัมพันธ์กันเป็นปริภูมิแบบหนึ่ง (Spacetime) ซึ่งสามารถบิดเบี้ยวได้ หรืออีกนัยหนึ่งเวลาไม่ได้เป็นเพียงค่าตัวเลขที่คงที่ในทุกความเร็วของวัตถุหรือสสารอีกต่อไป 

ปรากฏการณ์เลนส์ความโน้มถ่วงเองก็เป็นหนึ่งในตัวอย่างของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเช่นกัน เนื่องจากแสงที่เดินทางผ่านกลุ่มกาแล็กซีที่มีมวลมหาศาลก็ทำให้แสงบิดเบือนและเดินทางด้วยเส้นทางใหม่ที่ล้อมรอบกลุ่มดาวหรือกาแล็กซีนั้น ๆ

และแม้ว่าปรากฏการณ์เลนส์ความโน้มถ่วงจะสามารถพบเจอได้ในอวกาศ แต่เมื่อนักวิจัยสำรวจพบการเคลื่อนที่ของดาวฤกษ์ชั้นในของกาแล็กซีที่สำรวจนั้นกำลังจับกลุ่มเป็นก้อนแน่นและเคลื่อนที่ด้วยความเร็วกว่า 400 กิโลเมตรต่อ “วินาที” นักวิจัยจึงเชื่อว่าที่บริเวณเกือกม้านั้นมีหลุมดำอยู่จริง เพราะทั้ง 2 ปัจจัยต่างเป็นผลที่เกิดขึ้นจากหลุมดำตามทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์

ภาพพิกัดเกือกม้า (Cosmic Horseshoe) โดยเวณที่ซูมตรงกลาง (กล่องขวา) คือพื้นที่ซึ่งคาดว่าใกล้กับศูนย์กลางของหลุมดำใหม่ที่เกิดขึ้น

ประวัติศาสตร์หน้าใหม่ของการค้นหาหลุมดำ

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทำให้ทีมวิจัยเชื่อว่าสามารถค้นพบหลุมดำรูปแบบใหม่และคำนวณปริมาณมวลของหลุมดำได้ด้วย แม้ว่าจะอยู่ในรูปแบบที่ตรวจจับได้ยากก็ตาม ทว่างานวิจัยดังกล่าวเป็นการนำเสนอการค้นพบเท่านั้น จึงจำเป็นต้องรอการยืนยันทางวิทยาศาสตร์จากการทำวิจัยโดยนักวิจัยคนอื่น ๆ ต่อไป

แต่ในขณะเดียวกัน ทีมวิจัยจากอังกฤษยังเสนอว่าหลุมดำเกือกม้านี้มีความเชื่อมโยงทางวิทยาศาสตร์กับหลุมดำอื่น ๆ ที่ค้นพบ โดยเชื่อว่าเป็นความสัมพันธ์ระหว่างการขยายตัวของหลุมดำที่ทำให้กาแล็กซีขนาดใหญ่มีอัตราการโตลดลงและลดการก่อตัวดาวฤกษ์ดวงใหม่ด้วย

งานวิจัยดังกล่าวตีพิมพ์ในวารสารวิชาการ Monthly Notices of the Royal Astronomical Society แล้ว เมื่อวันที่ 7 สิงหาคมที่ผ่านมา