JWST พบคู่ “จุดแดงเล็กจิ๋ว” 4 คู่ เบาะแสหลุมดำคู่ที่กำลังเติบโตอย่างรวดเร็ว

ค้นพบอะไรจากภาพของกล้อง JWST

นักดาราศาสตร์พบ คู่ผู้สมัครของ “จุดแดงเล็กจิ๋ว” (Little Red Dots หรือ LRDs) จำนวน 4 คู่ ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดแสงขนาดกะทัดรัดและมีสีแดงมากที่กล้อง James Webb Space Telescope (JWST) ตรวจพบในเอกภพยุคแรก นักวิจัยใช้วิธีวิเคราะห์สีอินฟราเรดแบบ พิกเซลต่อพิกเซล แทนการพิจารณาคุณสมบัติของวัตถุทั้งก้อน วิธีนี้ช่วยแยกแกนสีแดงที่อยู่ชิดกันมาก ซึ่งอาจถูกมองรวมเป็นวัตถุเดียวด้วยเกณฑ์คัดเลือกแบบเดิมได้ 81

ผลการศึกษาชี้ว่า ในเอกภพยุคแรกอาจมีคู่ผู้สมัครของหลุมดำที่อยู่ห่างกันระดับกิโลพาร์เซกมากกว่าที่คาดไว้ อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ยังถกเถียงกันอยู่ว่า LRDs มีธรรมชาติทางกายภาพเป็นอย่างไรอย่างแน่ชัด 81

หลักฐานว่าคู่เหล่านี้อาจเป็นเพื่อนบ้านจริง

คู่ LRDs ทั้ง 4 คู่มีระยะห่างเชิงมุมเพียง 0.2–1.2 พิลิปดา ในภาพสำรวจ COSMOS-Web การใช้ข้อมูลระดับพิกเซลร่วมกับเกณฑ์ความกะทัดรัดที่ผ่อนคลายลง ทำให้นักวิจัยตรวจพบระบบที่มีการซ้อนทับหรืออยู่ใกล้กันมากเหล่านี้ได้ 8

สำหรับ 2 คู่ สเปกตรัมแบบไร้ช่องกรีดจากโครงการ JWST/COSMOS-3D พบเส้นเปล่งแสงที่ความยาวคลื่นสังเกตได้เท่ากันในสมาชิกทั้งสองของแต่ละคู่ หากตีความเส้นสเปกตรัมกว้างที่มีความกว้างสมมูลสูงว่าเป็นเส้นไฮโดรเจน-อัลฟา หรือ H-alpha จะได้ค่าเรดชิฟต์ร่วมที่ 5.822 และ 5.464 หลักฐานนี้สนับสนุนว่าคู่ดังกล่าวมีความสัมพันธ์ทางกายภาพ ไม่ใช่วัตถุสองชิ้นที่บังเอิญอยู่ในแนวสายตาเดียวกัน 8

ค่าเรดชิฟต์จากสเปกตรัมบ่งชี้ว่าคู่ที่ยืนยันได้ดังกล่าวมีระยะห่างที่ฉายบนท้องฟ้าประมาณ 1.64 และ 7.36 กิโลพาร์เซก หรือราว 5,300 และ 24,000 ปีแสง ระบบทั้ง 4 แห่งมีอายุย้อนไปประมาณ 12,500–12,800 ล้านปีก่อน 8

การเปรียบเทียบกับแค็ตตาล็อกจำลองทางสถิติยังพบว่า การที่วัตถุซึ่งไม่เกี่ยวข้องกันมาอยู่ใกล้กันในแนวสายตาโดยบังเอิญ ไม่สามารถอธิบายระยะห่างที่พบได้ง่ายนัก การรวมกลุ่มของ LRDs ในสเกลเล็กมีค่าประมาณ 20–30 เท่าของค่าที่คาดจากการขยายสัญญาณความสัมพันธ์ของนิวเคลียสกาแล็กซีที่กำลังทำงาน หรือ AGN ในสเกลใหญ่จากข้อมูล JWST 8

เบาะแสเส้นทางการเติบโตของหลุมดำมวลมหาศาล

หาก LRDs ทั้งสองสมาชิกในแต่ละคู่มีหลุมดำที่กำลังดูดกลืนสสารอยู่ การปะทะหรือการรวมตัวของกาแล็กซีอาจช่วยรวมมวลของหลุมดำ และผลักก๊าซให้ไหลเข้าสู่บริเวณใจกลางมากขึ้น กระบวนการนี้อาจกระตุ้นการดูดกลืนสสารอย่างรวดเร็วเพิ่มเติมได้

การรวมตัวซ้ำหลายครั้งควบคู่กับการดูดกลืนสสาร จึงอาจเป็นหนึ่งในเส้นทางที่ทำให้หลุมดำมวลมหาศาลก่อตัวได้ภายในช่วงเวลาค่อนข้างสั้นหลังบิกแบง นี่เป็นประเด็นสำคัญ เพราะ LRDs ถูกมองอย่างกว้างขวางว่าอาจเป็นระยะเริ่มต้นของการเติบโตอย่างรวดเร็วของหลุมดำมวลมหาศาล แต่กลไกที่ทำให้หลุมดำเหล่านี้ดูเหมือนเติบโตเร็วมากยังไม่เป็นที่ยุติ 81

การรวมตัวไม่ใช่คำอธิบายเดียว

อีกคำอธิบายสำคัญคือ LRDs อาจเติบโตจากการดูดกลืนก๊าซในอัตราสูงผิดปกติ โดยไม่จำเป็นต้องมีการรวมตัวเป็นกลไกหลัก แบบจำลองและข้อมูลสเปกโทรสโกปีบางส่วนเสนอว่า LRDs อาจเป็นนิวเคลียสกาแล็กซีที่กำลังทำงาน ซึ่งถูกห่อหุ้มด้วยชั้นก๊าซหนาแน่นและทึบแสง ก๊าซเหล่านี้อาจเป็นทั้งแหล่งเชื้อเพลิงของหลุมดำและสาเหตุที่ทำให้แสงที่สังเกตได้มีสีแดง 32

สองแนวคิดนี้ไม่ได้ขัดแย้งกันโดยสิ้นเชิง ก๊าซหนาแน่นอาจช่วยให้อัตราการดูดกลืนสสารสูงขึ้นได้ทั้งก่อน ระหว่าง และหลังการรวมตัว แต่หลักฐานในปัจจุบันยังไม่สามารถระบุได้ว่าแต่ละช่องทางมีส่วนต่อการเติบโตของหลุมดำในยุคแรกมากน้อยเพียงใด 83

ข้อมูล JWST ในอนาคตจะช่วยตอบอะไรได้บ้าง

การนำวิธีคัดเลือกแบบพิกเซลต่อพิกเซลไปใช้กับการสำรวจ JWST ที่กว้างและลึกขึ้น จะช่วยวัดสัดส่วนคู่ใกล้และฟังก์ชันการรวมกลุ่มของ LRDs ได้แม่นยำกว่าเดิม นักวิจัยจะสามารถตรวจสอบได้ว่า LRDs มีเพื่อนบ้านใกล้แค่ไหน ความถี่ดังกล่าวเปลี่ยนไปตามเรดชิฟต์และความสว่างอย่างไร และการรวมตัวเกิดบ่อยพอที่จะเป็นช่องทางหลักของการเติบโตหรือไม่ 8

ข้อมูลเหล่านี้ยังช่วยคำนวณอัตราการรวมตัวและมวลของระบบหลุมดำคู่ในเอกภพยุคแรก ซึ่งจะช่วยปรับปรุงการคาดการณ์เป้าหมายและอัตราการตรวจจับสำหรับหอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงอวกาศในอนาคต เช่น LISA รวมถึงเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงย่านเดซิเฮิรตซ์ที่อยู่ระหว่างการเสนอแนวคิด 5

ดังนั้น สิ่งที่การศึกษานี้ยืนยันได้ในตอนนี้คือ มีคู่ LRDs ที่อยู่ใกล้กันมากเกินกว่าที่คาด ไม่ใช่การตรวจพบหลุมดำที่กำลังรวมตัวกันโดยตรง หรือการตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงจากเหตุการณ์ดังกล่าว 8