MoM-BH*-1 อาจเป็น “ดาวหลุมดำ” ที่ซ่อนหลุมดำไว้ในเปลือกก๊าซหนาแน่น

แบบจำลอง “ดาวหลุมดำ” ทำงานอย่างไร

ตามภาพที่เสนอ หลุมดำใจกลางมีมวลราว 100,000 เท่าของดวงอาทิตย์ และกำลังดูดกลืนสสารโดยรอบอย่างรวดเร็ว เมื่อก๊าซตกเข้าสู่หลุมดำ พลังงานโน้มถ่วงจะถูกเปลี่ยนเป็นความร้อน ทำให้เกิดชั้นก๊าซหนาแน่นล้อมรอบหลุมดำ ชั้นก๊าซนี้อาจทำหน้าที่คล้าย “พื้นผิวเสมือน” ของดาว ทำให้ทั้งระบบดูเป็นวัตถุสีแดงขนาดกะทัดรัดและส่องสว่าง แม้แหล่งพลังงานจริงจะมาจากการสะสมมวลของหลุมดำ ไม่ใช่ฟิวชัน

แบบจำลองที่รวมหลุมดำกำลังดูดกลืนสสารเข้ากับเปลือกไฮโดรเจนหนาแน่น สามารถอธิบายความสว่างและสีของ MoM-BH*-1 ได้ดีกว่าคำอธิบายแบบดาวฤกษ์ทั่วไป ตามข้อมูลที่มีการรายงาน เปลือกก๊าซอาจมีขนาดในระดับใกล้เคียงระบบสุริยะ แม้โครงสร้างที่แน่นอนจะแตกต่างกันไปตามแบบจำลองที่ใช้

สีแดงของวัตถุอาจเกิดจากก๊าซ ไม่ใช่ฝุ่นเพียงอย่างเดียว รังสีจากหลุมดำใจกลางสามารถถูกดูดกลืน กระเจิง และปล่อยออกมาใหม่โดยสสารรอบข้าง กระบวนการนี้ทำให้แสงที่หลุดออกมาเลื่อนไปทางความยาวคลื่นที่ยาวขึ้น หรือมีสีแดงมากขึ้น

อาจช่วยอธิบาย “จุดแดงเล็ก ๆ” ของ JWST

JWST พบแหล่งกำเนิดแสงขนาดเล็ก สีแดง และสว่างจำนวนมากในเอกภพยุคแรก วัตถุเหล่านี้ถูกเรียกรวม ๆ ว่า “จุดแดงเล็ก ๆ” (little red dots) เนื่องจากมีรูปลักษณ์กะทัดรัดและสเปกตรัมแปลกประหลาด จึงยังระบุธรรมชาติที่แท้จริงได้ยาก MoM-BH*-1 มีความสำคัญเป็นพิเศษ เพราะแสงที่อาจเกิดจากหลุมดำของมันสว่างกว่าดาราจักรเจ้าบ้านอย่างมาก ทำให้ศึกษากลไกเบื้องหลังได้ง่ายขึ้น

หากการสะสมสสารที่ถูกห่อหุ้มด้วยก๊าซเกิดขึ้นในระบบอื่นที่ไม่ได้แยกเดี่ยว จุดแดงเล็ก ๆ ที่มีความสว่างน้อยกว่าอีกจำนวนมากก็อาจเป็นวัตถุประเภทเดียวกันซึ่งฝังตัวอยู่ภายในดาราจักรอายุน้อย ในกรณีนั้น จุดแดงเหล่านี้อาจไม่ใช่ประชากรดาวฤกษ์แบบเดียวกันทั้งหมด แต่อาจเป็นหลุมดำที่กำลังเติบโตอย่างรวดเร็วและถูกห่อหุ้มด้วยก๊าซหนาแน่นจนมีรูปลักษณ์คล้ายดาวเมื่อมองด้วยแสงอินฟราเรด

แนวคิดนี้ยังเกี่ยวข้องกับคำถามสำคัญว่า หลุมดำมวลมหาศาลก่อตัวขึ้นได้อย่างไรตั้งแต่เอกภพยังมีอายุไม่มาก เปลือกก๊าซหนาแน่นอาจเปิดทางให้หลุมดำเมล็ดพันธุ์ดูดกลืนสสารได้รวดเร็ว อย่างไรก็ตาม MoM-BH*-1 เพียงวัตถุเดียวไม่ได้ยืนยันประวัติการเติบโตทั้งหมดของหลุมดำมวลมหาศาลในเวลาต่อมา

เหตุใดจึงอาจตรวจไม่พบรังสีเอกซ์

หลุมดำที่กำลังดูดกลืนสสารและไม่มีสิ่งใดบดบังมากนัก ควรปล่อยรังสีพลังงานสูง โดยเฉพาะรังสีเอกซ์ออกมาอย่างชัดเจน แต่เปลือกก๊าซหนาทึบสามารถเปลี่ยนสิ่งที่หลุดออกจากระบบได้ รังสีเอกซ์ซึ่งเกิดใกล้หลุมดำอาจถูกดูดกลืนหรือกระเจิงซ้ำหลายครั้งภายในเปลือกก๊าซ ก่อนที่พลังงานบางส่วนจะถูกเปลี่ยนรูปเป็นรังสีอัลตราไวโอเลตและอินฟราเรดที่มีพลังงานต่ำกว่า

กลไกนี้จึงเป็นคำอธิบายที่เป็นไปได้ว่า เหตุใด MoM-BH*-1 และจุดแดงเล็ก ๆ ที่มีลักษณะคล้ายกันจึงสว่างในช่วงอินฟราเรดของ JWST แต่มีสัญญาณรังสีเอกซ์อ่อนมากหรือไม่สามารถตรวจพบได้ อย่างไรก็ดี นี่เป็นการตีความที่สอดคล้องกับแบบจำลองหลุมดำซึ่งถูกก๊าซห่อหุ้ม ไม่ใช่การวัดโดยตรงที่ยืนยันว่ารังสีเอกซ์ทุกโฟตอนถูกแปรรูปด้วยกระบวนการนี้

เหตุใด “ดาวหลุมดำ” ยังไม่ใช่การจำแนกที่ยืนยันแล้ว

ข้อเสนอเรื่องดาวหลุมดำยังอาศัยหลักฐานทางอ้อม JWST ตรวจวัดแสงจากวัตถุได้ แต่ยังไม่ได้ถ่ายภาพหลุมดำภายในเปลือกก๊าซโดยตรง และสเปกตรัมที่มีอยู่ก็ยังไม่มีลักษณะเดียวที่สามารถตัดคำอธิบายทางเลือกทุกแบบออกไปได้อย่างเด็ดขาด

คำอธิบายอื่น ๆ เช่น การผสมกันของดาราจักรขนาดกะทัดรัด ก๊าซ ฝุ่น ประชากรดาวฤกษ์ที่ผิดปกติ และกิจกรรมของหลุมดำที่ถูกบดบัง ยังต้องนำมาเปรียบเทียบกับข้อมูลสังเกตการณ์ต่อไป หลักฐานในปัจจุบันทำให้แบบจำลองดาวหลุมดำเป็นผู้สมัครที่แข็งแกร่ง หรือเป็นคำอธิบายที่ดีที่สุดในตอนนี้ แต่ “คำอธิบายที่ดีที่สุด” ยังไม่เท่ากับการยืนยันโดยสมบูรณ์

การสังเกตการณ์ติดตามผลด้วย JWST อาจตรวจสอบเส้นสเปกตรัมที่แบบจำลองทำนายไว้ วัดความหนาแน่นและองค์ประกอบของก๊าซ ระบุขนาดของแหล่งกำเนิดให้แม่นยำขึ้น ค้นหาการเปลี่ยนแปลงของความสว่าง และเปรียบเทียบ MoM-BH*-1 กับจุดแดงเล็ก ๆ อีกจำนวนมาก การทดสอบเหล่านี้จะช่วยบอกได้ว่า MoM-BH*-1 เป็นวัตถุช่วงเปลี่ยนผ่านที่พบได้ยาก หรือเป็นสมาชิกของประชากรหลุมดำที่ถูกก๊าซห่อหุ้มซึ่งมีอยู่ทั่วไปในยุคเริ่มแรกของเอกภพ

สรุป

MoM-BH*-1 ควรเข้าใจในฐานะ “ดาวหลุมดำ” ที่ยังอยู่ในขั้นผู้สมัคร กล่าวคือ หลุมดำมวลราว 100,000 เท่าของดวงอาทิตย์กำลังดูดกลืนสสาร และมีเปลือกไฮโดรเจนหนาแน่นห่อหุ้มจนทำให้ทั้งระบบส่องแสงคล้ายดาวฤกษ์สีแดง ความสว่างสุดขั้วและลักษณะเส้นไฮโดรเจนที่ผิดปกติสนับสนุนแนวคิดนี้ ขณะที่เปลือกก๊าซเดียวกันอาจอธิบายสีแดงและสัญญาณรังสีเอกซ์ที่อ่อนมากได้ แต่ในเวลานี้ “ดาวหลุมดำ” ยังเป็นข้อสรุปจากแบบจำลอง ไม่ใช่การยืนยันการค้นพบวัตถุท้องฟ้าประเภทใหม่อย่างเด็ดขาด