กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์จับหลุมดำสัตว์ประหลาดที่กำลังงีบหลับหลังจาก 'กินมากเกินไป' ในเอกภพยุคแรก

การงีบหลับหลังจากให้อาหารมากเกินไปเป็นปัญหาที่พวกเราหลายคนต้องเผชิญในวันคริสต์มาส การวิจัยใหม่แสดงให้เห็นว่าเมื่อหลายพันล้านปีก่อนนั้นเกิดขึ้นเร็วมากยังต้องงีบหลับหลังจากกินมากเกินไป

การใช้นักดาราศาสตร์พบวัตถุสงบนิ่งที่มีอยู่เพียง 800 ล้านปีหลังจาก- สัตว์ประหลาดในจักรวาลตัวนี้หมดสติไปหลังจากกลืนก๊าซและฝุ่นในกาแล็กซีไปเป็นจำนวนมาก

หลุมดำนี้มีความพิเศษด้วยขนาดมหึมาของมัน ด้วยมวลประมาณ 400 ล้านเท่าของดวงอาทิตย์ จึงเป็นหลุมดำที่ใหญ่ที่สุดที่มวลมนุษย์มองเห็นได้ในเอกภพยุคแรก การค้นพบนี้ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 18 ธันวาคมในวารสารธรรมชาติยิ่งทำให้ความลึกลับซับซ้อนยิ่งขึ้นว่าหลุมดำมวลมหาศาลมีมวลมากอย่างรวดเร็วในเอกภพยุคแรกได้อย่างไร

มวลของหลุมดำมวลมหาศาลนี้ยังโดดเด่น เนื่องจากเมื่อไททันจักรวาลเหล่านี้มักพบในจักรวาลท้องถิ่น (และล่าสุด) พวกมันมีมวลกาแลคซีเจ้าบ้านประมาณ 0.1% หลุมดำมวลมหาศาลนี้มีมวลเทียบเท่ากับประมาณ 40% ของมวลกาแลคซีเจ้าบ้าน

นักวิทยาศาสตร์คาดว่าหลุมดำขนาดมหึมาดังกล่าวจะกินอาหารอย่างตะกละตะกลามและเติบโตเช่นนี้ หลุมดำนี้กลืนก๊าซในอัตราที่ช้ามาก ประมาณหนึ่งในร้อยของขีดจำกัดการสะสมมวลรวมสูงสุดที่เป็นไปได้สำหรับหลุมดำขนาดนี้

เพราะหลุมดำมีขอบเขตภายนอกที่เรียกว่า "ขอบเขตเหตุการณ์" แสงกับดักนั้น (และทุกสิ่งที่ผ่านไป) หากพวกมันไม่กินอาหารและทำให้วัตถุนั้นสว่างขึ้นอย่างตะกละตะกลาม พวกมันก็มักจะมองไม่เห็น

เมื่อพวกมันถูกล้อมรอบด้วยสสารในกลุ่มเมฆแบนๆ ที่เรียกว่าดิสก์เพิ่มปริมาณซึ่งค่อยๆ ป้อนอาหารพวกมัน อิทธิพลโน้มถ่วงของหลุมดำมวลมหาศาลทำให้เกิดการเสียดสีอันใหญ่หลวง ซึ่งทำให้คลังแสงในจักรวาลนี้เรืองแสง การแผ่รังสีนี้ทำให้เราสามารถตรวจจับหลุมดำมวลมหาศาลได้

รับการค้นพบที่น่าสนใจที่สุดในโลกส่งตรงถึงกล่องจดหมายของคุณ

อย่างไรก็ตาม หลุมดำมวลมหาศาลที่อยู่เฉยๆ นี้แตกต่างออกไป นั่นเป็นเพราะว่ามวลอันมหึมาของมันทำให้มีอิทธิพลโน้มถ่วงมหาศาลจนมองเห็นได้

“แม้ว่าหลุมดำนี้จะสงบนิ่ง แต่ขนาดมหึมาของมันทำให้เราสามารถตรวจจับได้” หัวหน้าทีม Ignas Juodžbalis จากสถาบัน Kavli Institute for Cosmology ในเคมบริดจ์กล่าวในแถลงการณ์- “สถานะสงบนิ่งของมันทำให้เราได้เรียนรู้เกี่ยวกับมวลของดาราจักรเจ้าบ้านด้วยเช่นกัน

“จักรวาลยุคแรกๆ สามารถสร้างสัตว์ประหลาดได้อย่างแท้จริง แม้แต่ในกาแลคซีขนาดย่อมๆ ก็ตาม”

เหตุใดหลุมดำสัตว์ประหลาดยุคแรก ๆ จึงเป็นปัญหาใหญ่เช่นนี้

นับตั้งแต่ JWST เริ่มสำรวจจักรวาลในปี 2022 เครื่องมืออันทรงพลังนี้ได้ค้นพบหลุมดำมวลมหาศาลในระยะแรกของเอกภพ

หลุมดำมวลยวดยิ่งเป็นไททันจักรวาลที่มีมวลเทียบเท่ากับดวงอาทิตย์หลายล้านหรือหลายพันล้านดวง ต่างจากหลุมดำมวลดาวฤกษ์ซึ่งก่อตัวเมื่อดาวมวลมากยุบตัว คาดว่าหลุมดำมวลมหาศาลจะเติบโตผ่านห่วงโซ่ของการควบรวมของหลุมดำมวลมากกว่าในเวลาต่อมา และจากการกลืนก๊าซและฝุ่นอย่างสม่ำเสมอจากกาแลคซีต้นสังกัดของพวกมัน

เชื่อกันว่ากระบวนการนี้ใช้เวลานานกว่าพันล้านปีในการสร้างหลุมดำมวลมหาศาลที่มีมวลแม้จะอยู่ในระดับต่ำกว่ามวลมหึมาเหล่านี้ก็ตาม นั่นหมายถึงการค้นพบหลุมดำมวลมหาศาลในประวัติศาสตร์ล่าสุดของจักรวาลอายุ 13.8 พันล้านปีของเรานั้นไม่ใช่ปัญหา

อย่างไรก็ตาม JWST การค้นพบไททันจักรวาลเหล่านี้เมื่อเอกภพมีอายุน้อยกว่าหนึ่งพันล้านปี หรือบางครั้งอาจเร็วถึง 600 ล้านปีหลังจากบิ๊กแบงนั้นเป็นปัญหา ขนาดมหึมาของหลุมดำยุคแรกนี้และความจริงที่ว่ามันไม่ได้เติบโตอย่างรวดเร็วด้วยซ้ำจากการป้อนเข้าไป ทำให้ปัญหานี้สับสนมากยิ่งขึ้น

"เป็นไปได้ที่หลุมดำ 'เกิดมาใหญ่' ซึ่งสามารถอธิบายได้ว่าทำไม JWST ถึงพบหลุมดำขนาดใหญ่ในจักรวาลยุคแรกๆ" Roberto Maiolino สมาชิกในทีมและนักวิจัย Kavli กล่าว “แต่ความเป็นไปได้อีกอย่างหนึ่งก็คือพวกมันต้องผ่านช่วงของการสมาธิสั้น ตามมาด้วยการพักตัวเป็นเวลานาน”

หลุมดำดันมันเกินขีดจำกัดเพื่อป้อนอาหารมากเกินไป

ไมโอลิโนและเพื่อนร่วมงานทบทวนปัญหาหลุมดำมวลมหาศาลในเอกภพยุคแรกๆ ด้วยการจำลองกลไกการเติบโตของพวกมัน ทีมงานพบว่าคำอธิบายที่เป็นไปได้มากที่สุดก็คือหลุมดำอาจเกินขีดจำกัดที่กำหนดไว้ในการสะสมมวลสารได้ในเวลาสั้นๆ

ฝาครอบป้อนอาหารนี้เรียกว่า "ขีดจำกัดของเอดดิงตัน” มันชี้ให้เห็นว่าเทห์ฟากฟ้าใดๆ ก็ตามที่สะสมอย่างหิวโหยจะไปถึงจุดที่รังสีที่สูบจ่ายออกมาจะผลักวัตถุออกไป และตัดแหล่งอาหารของมัน

ทีมงานนี้คิดว่าหลุมดำในยุคแรกๆ อาจประสบกับการให้อาหารมากเกินไปหรือ "การเพิ่มขึ้นแบบซูเปอร์-เอดดิงตันในช่วงเวลาเหล่านี้ หลุมดำโลภจะเติบโตในอัตราเร่งที่มากเกินไป ซึ่งจะคงอยู่ประมาณ 5 ถึง 10 ล้านปี หลังจากนั้นหลุมดำจะ "งีบหลับ" เป็นเวลา 100 ล้านปี

“ฟังดูขัดกับสัญชาตญาณที่จะอธิบายหลุมดำที่อยู่เฉยๆ ซึ่งมีช่วงที่สมาธิสั้นเกินไป แต่การระเบิดสั้นๆ เหล่านี้ทำให้มันเติบโตอย่างรวดเร็วในขณะที่ใช้เวลาส่วนใหญ่ไปกับการงีบหลับ” ไมโอลิโนกล่าว

ระยะเวลาการพักตัวของหลุมดำเหล่านี้กินเวลานานกว่าระยะการเพิ่มมวลของซูเปอร์เอดดิงตัน 10 ถึง 20 เท่า ซึ่งหมายความว่านักดาราศาสตร์มีแนวโน้มที่จะจับไททันจักรวาลเหล่านี้ในช่วงเวลางีบหลับมากกว่าตอนรับประทานอาหารเย็น

การค้นพบหลุมดำที่กำลังหลับใหลขนาดยักษ์ถือเป็นความก้าวหน้าของทฤษฎีนี้

หลุมดำขนาดมหึมาในยุคแรกๆ นี้อาจเป็นเพียงส่วนยอดของภูเขาน้ำแข็ง โดยทีมงานสงสัยว่าจักรวาลยุคแรกๆ อาจเต็มไปด้วยยักษ์ที่หลับใหลเหล่านี้ น่าเสียดายที่ธรรมชาติของสัตว์ประหลาดเหล่านี้จะทำให้นักดาราศาสตร์ค้นพบได้ยาก

“เป็นไปได้ว่าหลุมดำส่วนใหญ่ที่อยู่ข้างนอกนั้นจะอยู่ในสภาพสงบเงียบนี้ – ฉันแปลกใจที่เราพบหลุมดำนี้ แต่ฉันตื่นเต้นที่คิดว่ายังมีหลุมดำอีกมากมายที่เราสามารถค้นพบได้” ไมโอลิโนสรุป

โพสต์ครั้งแรกเมื่อสเปซดอทคอม-