JWST ค้นพบวัตถุอวกาศชนิดใหม่ ‘Black Hole Star’ ดวงแรก – อาจเป็นกุญแจไขความลับ ‘จุดแดงน้อย’ ปริศนาในเอกภพยุคแรกเริ่ม

สิ่งสำคัญคือ พลังงานของวัตถุนี้ไม่ได้มาจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันซึ่งเป็นกระบวนการที่ให้พลังงานแก่ดาวฤกษ์ทั่วไป แต่หลุมดำที่ใจกลางกำลัง 'กิน' สสารอย่างต่อเนื่อง (accretion) เมื่อก๊าซตกลงไปในหลุมดำ มันจะร้อนจัด และความร้อนมหาศาลนี้แผ่ออกมาผ่านซองไฮโดรเจน ทำให้โครงสร้างทั้งหมดส่องสว่าง ผลลัพธ์ที่ได้คือวัตถุที่ให้พลังงาน มากกว่าดาวฤกษ์ทั่วไปประมาณ 1 แสนล้านเท่า ซึ่งเกินขีดจำกัดของฟิวชันอย่างมาก

ลักษณะเด่นของ MoM-BH*-1

นักดาราศาสตร์สามารถวัดคุณสมบัติสำคัญของวัตถุใหม่นี้ได้อย่างแม่นยำ:

• ขนาด: ซองก๊าซไฮโดรเจนมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณระยะห่างของระบบสุริยะ
• มวล: หลุมดำใจกลางมีมวลประมาณ 100,000 เท่ามวลดวงอาทิตย์ ในขณะที่วัตถุทั้งหมดมีมวลประมาณ 10⁶·³ เท่ามวลดวงอาทิตย์
• ความสว่าง: ปลดปล่อยพลังงานประมาณ 1 แสนล้านเท่าของดาวฤกษ์ปกติ
• องค์ประกอบ: ก๊าซที่ห่อหุ้มเกือบทั้งหมดเป็นไฮโดรเจนและฮีเลียมบริสุทธิ์ แทบไม่มี 'โลหะ' (ธาตุที่หนักกว่าไฮโดรเจนและฮีเลียม) ตรวจจับได้ สเปกตรัมของมันแสดง 'Balmer break' ที่ลึกมาก ซึ่งไม่สอดคล้องกับชั้นบรรยากาศของดาวฤกษ์ทั่วไป
• แหล่งพลังงาน: ความส่องสว่างมหาศาลนี้ขับเคลื่อนโดยหลุมดำที่กำลังกลืนกินสสาร ไม่ใช่ปฏิกิริยาฟิวชัน
• ระยะทางและอายุ: เรามองเห็น MoM-BH*-1 ในสภาพที่มันเป็นอยู่เพียง 660 ล้านปีหลังจากบิ๊กแบง (Big Bang) ที่ค่าเรดชิฟต์ประมาณ 7.76 หรืออยู่ห่างจากเราประมาณ 13,100 ล้านปีแสง

วัตถุนี้ถูกค้นพบโดยบังเอิญระหว่างโครงการสำรวจ 'Mirage or Miracle' (MoM) ของ JWST ซึ่งเดิมทีออกแบบมาเพื่อค้นหากาแล็กซีที่เก่าแก่ที่สุดในเอกภพ ทีมวิจัยนำโดย ดร.โรฮัน นาอีดู (Rohan Naidu) นักดาราศาสตร์จาก MIT สะดุดตากับวัตถุนี้ขณะสแกนภาพห้วงอวกาศลึกของ JWST

ไขปริศนา 'จุดแดงน้อย' (Little Red Dots)

นับตั้งแต่ JWST เริ่มปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ มันค้นพบวัตถุที่แปลกประหลาด จาง เล็ก และมีสีแดงจัด กระจายตัวอยู่ในภาพเอกภพยุคแรกเริ่ม นักดาราศาสตร์เรียกวัตถุเหล่านี้ว่า 'จุดแดงน้อย' และธรรมชาติที่แท้จริงของพวกมันเป็นประเด็นถกเถียงที่ดุเดือด

การค้นพบ MoM-BH*-1 ให้เบาะแสที่ทรงพลังใหม่ วัตถุนี้ถูกเรียกว่า 'ดาวหลุมดำเปลือย' (naked black hole star) เนื่องจากแสงที่เปล่งออกมาเกือบทั้งหมดมาจากซองก๊าซที่ถูกขับเคลื่อนโดยหลุมดำ โดยแทบไม่มีแสงปนเปื้อนจากกาแล็กซีเจ้าบ้านเบื้องหลัง

ที่สำคัญ MoM-BH*-1 ตั้งอยู่ใกล้กับกาแล็กซีคู่ใจ การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์แสดงให้เห็นว่าหลังจากที่ดาวหลุมดำนี้รวมตัวกับกาแล็กซีนั้น ซึ่งคาดว่าจะเกิดขึ้นประมาณ 100 ล้านปีหลังจากช่วงเวลาที่เราสังเกตเห็น สเปกตรัมของมันจะใกล้เคียงกับสเปกตรัมของ 'จุดแดงน้อย' ที่ฝังตัวอยู่ในกาแล็กซีอื่นๆ อย่างมาก

นี่เป็นข้อบ่งชี้ที่หนักแน่นว่า 'จุดแดงน้อย' จำนวนมากก็คือดาวหลุมดำที่อยู่ในระหว่างการรวมตัวกับกาแล็กซีเจ้าบ้าน พวกมันคือ 'เครื่องยนต์' ใจกลางของควาซาร์ทารก (baby quasars) ที่ซ่อนตัวอยู่ภายใน 'ไส้ไส้' ของกาแล็กซีเจ้าบ้านระหว่างการชนและรวมตัวกันในระดับจักรวาล

แบบจำลองนี้ยังอธิบายได้อย่างเนียนว่าทำไมจุดแดงน้อยจึงดูเล็กและแดงมาก ซองก๊าซไฮโดรเจนหนาทึบรอบหลุมดำจะปิดกั้นแสงความยาวคลื่นสั้น (แสงสีฟ้า) ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะที่ปล่อยให้แสงความยาวคลื่นยาว (แสงสีแดง) ทะลุผ่านออกมาได้ ทำให้เกิดสีแดงที่เป็นลักษณะเฉพาะ โดยไม่จำเป็นต้องมีฝุ่นระหว่างดาวจำนวนมาก ซึ่งเป็นอีกสมมติฐานหนึ่งที่ได้รับความนิยม

ความหมายต่อความเข้าใจเอกภพยุคแรกเริ่ม

การค้นพบ MoM-BH*-1 ไม่ได้เป็นเพียงการไขปริศนาข้อเดียว แต่ยังเป็นกลไกที่เป็นไปได้ที่อธิบายว่าหลุมดำมวลมหาศาลสามารถเติบโตจนมีขนาดใหญ่โตได้อย่างไรในช่วงเวลาที่ค่อนข้างสั้นของเอกภพยุคแรกเริ่ม การกลืนกินสสารอย่างรวดเร็วภายในซองก๊าซหนาแน่นของดาวหลุมดำนั้นถือเป็นช่วงการเติบโตที่รวดเร็วของหลุมดำ ซึ่งเป็นก้าวสำคัญบนเส้นทางสู่การเป็นหลุมดำมวลมหาศาลระดับพันล้านเท่าดวงอาทิตย์ที่เราเห็นในยุคจักรวาลที่เก่าแก่ยิ่งกว่านี้

วัตถุนี้ ซึ่งอธิบายไว้ในผลการศึกษาที่มีผู้เขียนร่วมจากสถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีออสเตรีย (ISTA) และผู้ร่วมมือระหว่างประเทศอื่นๆ กำลังกลายเป็นเป้าหมายของการศึกษาติดตามผลอย่างเข้มข้น สำหรับตอนนี้ MoM-BH*-1 ถือเป็นการค้นพบที่ 'หนึ่งในพันล้าน' ซึ่งเป็นภาพที่หาได้ยากของช่วงวิวัฒนาการจักรวาลที่ก่อนหน้านี้มองไม่เห็น และเป็นความเชื่อมโยงโดยตรงระหว่างทฤษฎีลูกผสมดาวหลุมดำ กับจุดแดงปริศนาที่ปรากฏในภาพที่มีชื่อเสียงที่สุดของ JWST