หลุมดำ ‘สะท้อน’ หลายแห่งเพิ่งถูกค้นพบในทางช้างเผือก

เสียงสะท้อนของแสงที่สะท้อนจากก้อนเมฆหนาทึบรอบๆ หลุมดำที่ยังคุกรุ่นอยู่ ช่วยให้นักดาราศาสตร์เข้าใจกาลอวกาศที่แปลกประหลาดในบริเวณใกล้เคียงกับวัตถุสุดขั้วเหล่านี้ได้ดีขึ้น

ภายในทางช้างเผือก นักดาราศาสตร์เพิ่งระบุตัวอย่างใหม่แปดตัวอย่างของหลุมดำที่สะท้อนกลับเหล่านี้ ก่อนหน้านี้ มีเพียงสองเท่านั้นที่ถูกระบุในกาแลคซีของเรา

การมีจำนวนมากขึ้นเช่นนี้อยู่ใกล้บ้านมากทำให้สามารถศึกษาวัตถุที่น่าสนใจเหล่านี้ได้อย่างใกล้ชิดยิ่งขึ้น ด้วยความเข้าใจอันเฉพาะเจาะจงที่พวกมันสามารถนำเสนอเกี่ยวกับฟิสิกส์ของหลุมดำได้

หลุมดำมวลดาวฤกษ์ที่ก่อตัวขึ้นจากการยุบตัวของแกนดาวขนาดใหญ่ เชื่อกันว่ามีอยู่ทั่วไปในทางช้างเผือก

มีหลายพันล้านสิ่งที่ลอยอยู่รอบกาแลคซี แต่พวกมันค่อนข้างยากที่จะตรวจจับ จนถึงปัจจุบัน เราได้ระบุเพียงไม่กี่ นั่นเป็นเพราะว่า เว้นแต่พวกมันจะทำงาน พวกมันจะไม่ปล่อยรังสีใดๆ ที่เราตรวจพบได้ พวกมันมองไม่เห็นอย่างมีประสิทธิภาพ

อย่างไรก็ตาม เมื่อหลุมดำทำงาน ก็เป็นอีกเรื่องหนึ่ง หลุมดำที่แอคทีฟคือหลุมดำที่ดักจับบางสิ่งในใยความโน้มถ่วงของมัน และค่อยๆ กลืนกินมัน

วัสดุนี้ก่อให้เกิดดิสก์สะสมฝุ่นและก๊าซที่หมุนวนไปรอบๆ หลุมดำและตกลงไปในหลุมนั้น คล้ายกับน้ำที่ไหลวนและไหลลงท่อระบายน้ำ ปฏิกิริยาเสียดสีและความโน้มถ่วงอย่างบ้าคลั่งนั้นทำให้เกิดความร้อนและแสงที่รุนแรง ทำให้บริเวณรอบๆ หลุมดำเรืองแสง

ในหลุมดำหายาก เรายังสามารถเห็นปรากฏการณ์ที่น่าสนใจในที่ทำงาน เป็นระยะๆ บริเวณที่อยู่ภายในขอบจานสะสมมวลใกล้หลุมดำมวลมหาศาลที่กำลังลุกไหม้จะลุกเป็นไฟ เมื่อแสงแฟลร์ไปถึงฝุ่น แสงจะสะท้อนกลับมา ซึ่งเป็นเสียงสะท้อน

ทีมนักวิจัยนำโดยนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ Jingyi Wang แห่ง MIT ใช้เครื่องมืออัตโนมัติแบบใหม่ที่เรียกว่า Reverberation Machine เพื่อสำรวจข้อมูลที่เก็บถาวรทั้งหมดจากหอดูดาว NICER ของ NASA โดยมองหาสัญญาณที่สะท้อนของหลุมดำ

การค้นหานี้เปิดระบบแปดระบบ ซึ่งเป็นระบบไบนารีที่มีหลุมดำ โดยมีดาวคู่หูคู่แฝดค่อยๆ ลอกออกและกลืนกินโดยหลุมดำ

“เราเห็นเสียงก้องแบบใหม่ในแปดแหล่ง” วังกล่าว “หลุมดำมีมวลตั้งแต่ 5 ถึง 15 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ และพวกมันทั้งหมดอยู่ในระบบดาวคู่ที่มีดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์ปกติมวลต่ำ”

แม้ว่าจะหายาก แต่เสียงสะท้อนเหล่านี้สามารถบอกเราได้มากมายเกี่ยวกับสิ่งแวดล้อมรอบหลุมดำ สามารถวิเคราะห์แสงได้ทั้งจากการระเบิดครั้งแรกและเสียงก้อง เพื่อวัดช่องว่างระหว่างหลุมดำกับฝุ่น เหมือนกับที่ค้างคาวใช้การหาตำแหน่งสะท้อนเสียงเพื่อนำทางรอบๆ

เสียงสะท้อนของหลุมดำยังสามารถใช้เพื่อศึกษาว่าโคโรนาของหลุมดำและดิสก์สะสมกำลังเปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อหลุมดำ “ป้อน” โคโรนาเป็นบริเวณของอิเล็กตรอนที่ร้อนแผดเผาระหว่างขอบด้านในของดิสก์สะสมมวลและขอบฟ้าเหตุการณ์

จากนั้น ทีมงานได้วิเคราะห์ระบบไบนารีที่เปล่งรังสีเอกซ์ 10 ระบบ โดยแบ่งข้อมูลออกเป็นกลุ่มที่มีเวลาหน่วงใกล้เคียงกันระหว่างการระเบิดรังสีเอกซ์ครั้งแรกกับแสงสะท้อน ซึ่งช่วยให้พวกเขาสามารถติดตามการเปลี่ยนแปลงของเอกซเรย์สะท้อน เพื่อสร้างภาพทั่วไปว่าหลุมดำเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรในระหว่างการระเบิดของรังสีเอกซ์

ประการแรก หลุมดำเริ่มต้นในสถานะ “แข็ง” ทำให้เกิดโคโรนาและพ่นพลาสมาความเร็วสูงออกจากบริเวณต่างๆ เหนือขั้วของมัน เมื่อกระบวนการเหล่านี้ครอบงำโปรไฟล์พลังงานของหลุมดำ ช่วงเวลาระหว่างการระเบิดของรังสีเอกซ์และการสะท้อนของพวกมันจะสั้น โดยคิดเป็นมิลลิวินาที

สถานะนี้คงอยู่สองสามสัปดาห์ ก่อนที่จะสงบลงในสถานะ “อ่อน” ที่ถูกครอบงำโดยรังสีเอกซ์ที่มีพลังงานต่ำกว่าจากดิสก์สะสมกำลัง ระหว่างการเปลี่ยนแปลงนี้ ช่วงเวลาระหว่างการระเบิดและเสียงก้องจะยาวขึ้น

เนื่องจากความเร็วของแสงคงที่ เวลาหน่วงที่เพิ่มขึ้นนี้บ่งชี้ว่าระยะห่างระหว่างโคโรนากับดิสก์นั้นยาวขึ้น

ทีมงานคิดว่านี่อาจหมายความว่าโคโรนาจะขยายตัวขึ้นและออกเมื่อสิ้นสุดกิจกรรมป้อนอาหารและหลุมดำก็เงียบลง จนกระทั่งความคลั่งไคล้ในการป้อนอาหารครั้งต่อไปหลุดออกจากตัวเอกของมัน

ยังไม่ชัดเจนนัก แต่ผลลัพธ์มีนัยยะไม่ใช่แค่สำหรับการทำความเข้าใจหลุมดำขนาดเล็กเหล่านี้เท่านั้น แต่ยังรวมถึงพฤติกรรมมวลมหาศาลที่สามารถพบได้ที่แกนกลางของดาราจักรด้วย ในทางกลับกัน อาจช่วยให้เราเข้าใจวิวัฒนาการของจักรวาลได้ดีขึ้น

นักฟิสิกส์ Erin Kara จาก MIT กล่าวว่า “บทบาทของหลุมดำในการวิวัฒนาการของกาแลคซีเป็นคำถามที่โดดเด่นในฟิสิกส์ดาราศาสตร์ยุคใหม่” ซึ่งกำลังทำงานเพื่อแปลงเสียงสะท้อนของหลุมดำเป็นเสียงดังที่เห็นในวิดีโอด้านบนกล่าว

“น่าสนใจที่หลุมดำคู่แฝดเหล่านี้ดูเหมือนจะเป็นหลุมดำมวลยวด ‘ขนาดเล็ก’ และด้วยการทำความเข้าใจการปะทุในระบบขนาดเล็กที่อยู่ใกล้เคียงเหล่านี้ เราสามารถเข้าใจได้ว่าการปะทุของหลุมดำมวลมหาศาลที่คล้ายคลึงกันนั้นส่งผลต่อกาแลคซีที่พวกมันอาศัยอยู่อย่างไร”

งานวิจัยได้รับการตีพิมพ์ใน วารสารดาราศาสตร์ฟิสิกส์.

.

(Visited 1 times, 1 visits today)

Be the first to comment

Leave a comment

Your email address will not be published.


*