หลุมดำกลืนกินดาวนับพันเพื่อกระตุ้นการเติบโต

หลุมดำทำลายดวงดาวนับพันเพื่อกระตุ้นการเติบโต

ดาราจักรทั้งสี่นี้เป็นส่วนหนึ่งของการสำรวจกาแลคซีมากกว่า 100 แห่งที่ดำเนินการโดยจันทราเพื่อค้นหาหลักฐานของหลุมดำที่กำลังเติบโต การศึกษาใหม่ได้เปิดเผยหลักฐานว่าหลุมดำมวลดาวในสภาพแวดล้อมที่หนาแน่นเหล่านี้กำลังฉีกดาวหลายดวงออกจากกัน จากนั้นจึงนำเศษซากของพวกมันไปกระตุ้นการเติบโตของพวกมัน ผลลัพธ์ของจันทราเป็นหนทางเดียวสำหรับการสร้าง “หลุมดำมวลปานกลาง” ซึ่งเป็นคลาสที่ใหญ่กว่าความหลากหลายของมวลดาวแต่มีขนาดเล็กกว่าหลุมดำมวลมหาศาล สำหรับแต่ละกาแลคซีเหล่านี้ ข้อมูลจันทราจะแสดงด้วยภาพออปติคัลจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล เครดิต: X-ray: NASA/CXC/Washington State Univ./V. Baldassare et al.; ออปติคัล: NASA/ESA/STScI

ในบางพื้นที่ที่มีผู้คนหนาแน่นที่สุดในจักรวาล หลุมดำอาจฉีกดาวหลายพันดวงออกเป็นชิ้นๆ และใช้ซากของพวกมันเพื่อบรรจุน้ำหนัก การค้นพบนี้ทำโดยใช้ NASAChandra X-ray Observatory ของ Chandra สามารถช่วยแก้ปัญหาสำคัญเกี่ยวกับหลุมดำที่เข้าใจยากได้

ในขณะที่นักดาราศาสตร์ได้ค้นพบตัวอย่างมากมายของหลุมดำที่ฉีกดาวออกจากกัน แต่พบหลักฐานเพียงเล็กน้อยสำหรับการทำลายล้างในระดับมหึมาดังกล่าว การทำลายดาวฤกษ์ประเภทนี้อาจอธิบายได้ว่าหลุมดำขนาดกลางก่อตัวขึ้นได้อย่างไรจากการขยายตัวอย่างรวดเร็วของหลุมดำที่มีขนาดเล็กกว่ามาก หลุมดำ.

นักดาราศาสตร์ได้ทำการวิจัยอย่างละเอียดเกี่ยวกับหลุมดำสองประเภท หลุมดำขนาดเล็กกว่าที่เรียกว่า “หลุมดำมวลดาว” มักมีน้ำหนัก 5 ถึง 30 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ อีกด้านหนึ่งของสเปกตรัมคือหลุมดำมวลมหาศาล ซึ่งสามารถชั่งน้ำหนักได้หลายล้านหรือหลายพันล้านมวลดวงอาทิตย์ และสามารถพบได้ในใจกลางดาราจักรขนาดใหญ่ส่วนใหญ่ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ยังมีหลักฐานว่าหลุมดำที่อยู่ระหว่างชั้นของหลุมดำที่เรียกว่า “หลุมดำมวลปานกลาง” นั้นมีอยู่จริง

NGC 1385 คอมโพสิต

NGC 1385 คอมโพสิต เครดิต: X-ray: NASA/CXC/Washington State Univ./V. Baldassare et al.; ออปติคัล: NASA/ESA/STScI

การศึกษาล่าสุดซึ่งใช้ข้อมูลจันทราของกระจุกดาวหนาแน่นในใจกลางกาแลคซี 108 แห่ง ให้หลักฐานว่าหลุมดำขนาดกลางเหล่านี้สามารถเกิดขึ้นและขยายตัวได้อย่างไรและเกิดขึ้นได้อย่างไร

Vivienne Baldassare จาก Washington State University ในเมือง Pullman รัฐ Washington ซึ่งเป็นผู้นำการศึกษากล่าวว่า “เมื่อดวงดาวอยู่ใกล้กันมากราวกับอยู่ในกระจุกที่มีความหนาแน่นสูงเหล่านี้ มันเป็นแหล่งเพาะพันธุ์ที่เป็นไปได้สำหรับหลุมดำมวลปานกลาง “และดูเหมือนว่ายิ่งกระจุกดาวมีความหนาแน่นมากเท่าใด ก็ยิ่งมีแนวโน้มที่จะมีหลุมดำเพิ่มมากขึ้นเท่านั้น”

NGC 1566 คอมโพสิต

NGC 1566 คอมโพสิต เครดิต: X-ray: NASA/CXC/Washington State Univ./V. Baldassare et al.; ออปติคัล: NASA/ESA/STScI

งานเชิงทฤษฎีโดยทีมงานบอกเป็นนัยว่าหากความหนาแน่นของดาวในกระจุกดาว — จำนวนที่บรรจุในปริมาตรที่กำหนด — อยู่เหนือค่าธรณีประตู หลุมดำมวลดาวที่ใจกลางกระจุกจะเติบโตอย่างรวดเร็วเมื่อดึงเข้ามา ฉีกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยและกลืนกินดวงดาวที่อุดมสมบูรณ์ในบริเวณใกล้เคียง

จากกระจุกดาวในการศึกษา Chandra ใหม่ กลุ่มที่มีความหนาแน่นสูงกว่าเกณฑ์นี้มีแนวโน้มที่จะมีหลุมดำเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าเมื่อเทียบกับกลุ่มที่อยู่ต่ำกว่าเกณฑ์ความหนาแน่น เกณฑ์ความหนาแน่นยังขึ้นอยู่กับความเร็วของดาวในกระจุกดาวที่กำลังเคลื่อนที่ด้วย

NGC 3344 คอมโพสิต

NGC 3344 คอมโพสิต เครดิต: X-ray: NASA/CXC/Washington State Univ./V. Baldassare et al.; ออปติคัล: NASA/ESA/STScI

Nicholas C. Stone ผู้เขียนร่วมจากกลุ่มฮีบรูกล่าวว่า “นี่เป็นหนึ่งในตัวอย่างที่น่าทึ่งที่สุดที่เราเคยเห็นมาเกี่ยวกับธรรมชาติที่ไม่รู้จักพอของหลุมดำ เพราะดาวฤกษ์หลายพันหรือหมื่นดวงสามารถบริโภคได้ในระหว่างที่พวกมันเติบโต” มหาวิทยาลัยเยรูซาเลม. “การเติบโตของการหลบหนีจะเริ่มช้าลงเมื่อปริมาณดาวเริ่มแห้ง”

วิธีอื่นๆ ที่นักวิทยาศาสตร์ได้พิจารณาว่าหลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางกาแลคซีอาจเกิดขึ้นได้ รวมถึงการยุบตัวของเมฆก๊าซและฝุ่นขนาดมหึมา หรือการยุบตัวของดาวขนาดใหญ่เกินขนาดโดยตรงสู่หลุมดำขนาดกลาง แนวคิดทั้งสองนี้ต้องการเงื่อนไขที่นักวิทยาศาสตร์คิดว่ามีอยู่ในช่วงสองสามร้อยล้านปีแรกหลังบิกแบงเท่านั้น

NGC 6503 คอมโพสิต

NGC 6503 คอมโพสิต เครดิต: X-ray: NASA/CXC/Washington State Univ./V. Baldassare et al.; ออปติคัล: NASA/ESA/STScI

กระบวนการที่แนะนำโดยการศึกษาล่าสุดของ Chandra สามารถเกิดขึ้นได้ตลอดเวลาในประวัติศาสตร์ของจักรวาล หมายความว่าหลุมดำมวลปานกลางสามารถก่อตัวขึ้นได้หลายพันล้านปีหลังจากบิ๊กแบงจนถึงปัจจุบัน

การเติบโตของหลุมดำในกระจุกดาวหนาแน่นอาจอธิบายการตรวจจับของ คลื่นความโน้มถ่วง โดย Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) ของหลุมดำบางหลุมที่มีมวลประมาณ 50 ถึง 100 เท่าของดวงอาทิตย์ หลุมดำดังกล่าวไม่ได้ทำนายโดยแบบจำลองการยุบตัวของดาวมวลมากส่วนใหญ่

Adi Foord ผู้เขียนร่วมจากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดในเมืองพาโลอัลโต รัฐแคลิฟอร์เนีย กล่าวว่า “งานของเราไม่ได้พิสูจน์ว่าการเติบโตของหลุมดำที่เคลื่อนที่หนีไม่พ้นเกิดขึ้นในกระจุกดาว” แต่ด้วยการสังเกตการณ์เอ็กซ์เรย์เพิ่มเติมและการสร้างแบบจำลองทางทฤษฎีเพิ่มเติม เราสามารถทำได้ กรณีที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้น”

กระดาษอธิบายผลลัพธ์เหล่านี้ได้รับการยอมรับและปรากฏใน วารสารดาราศาสตร์ฟิสิกส์.

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการศึกษานี้ โปรดดูที่ หลุมดำทำลายดวงดาวนับพันเพื่อกระตุ้นการเติบโต

ข้อมูลอ้างอิง: “การก่อตัวของหลุมดำขนาดมหึมาในสภาพแวดล้อมของดาวฤกษ์ที่มีความหนาแน่นสูง: อัตราการตรวจจับเอ็กซ์เรย์ที่ได้รับการปรับปรุงในกระจุกดาวนิวเคลียร์กระจายความเร็วสูง” โดย Vivienne F. Baldassare, Nicholas C. Stone, Adi Foord, Elena Gallo และ Jeremiah P. Ostriker, 14 เมษายน 2022, วารสารดาราศาสตร์ฟิสิกส์.
ดอย: 10.3847/1538-4357/ac5f51
arXiv:2203.02517

ศูนย์การบินอวกาศมาร์แชลของนาซ่าจัดการโปรแกรมจันทรา Chandra X-ray Center ของ Smithsonian Astrophysical Observatory ควบคุมการปฏิบัติงานด้านวิทยาศาสตร์จากเคมบริดจ์ แมสซาชูเซตส์ และปฏิบัติการการบินจากเบอร์ลิงตัน รัฐแมสซาชูเซตส์

(Visited 1 times, 1 visits today)

Be the first to comment

Leave a comment

Your email address will not be published.


*