หลุมดำบางแห่งเป็นอะไรก็ได้ที่ไม่ใช่สีดำ—และนักวิทยาศาสตร์พบหลุมดำที่สว่างที่สุด 75,000 ดวง

เมื่อดาวมวลสูงที่สุดตายลง พวกมันจะยุบตัวเพื่อก่อตัวเป็นวัตถุที่หนาแน่นที่สุดในจักรวาล: หลุมดำ. พวกมันเป็นวัตถุที่ "มืดที่สุด" ในจักรวาล เพราะแม้แต่แสงก็ไม่สามารถหนีแรงโน้มถ่วงอันแรงกล้าของพวกมันได้

ด้วยเหตุนี้ จึงเป็นไปไม่ได้ที่จะนึกภาพหลุมดำโดยตรง ทำให้พวกมันลึกลับและค่อนข้างน่าฉงนสนเท่ห์ แต่ของเรา การวิจัยใหม่ ได้ทดสอบเส้นทางในการระบุหลุมดำที่หิวกระหายที่สุดบางส่วน ทำให้ง่ายต่อการพบหลุมดำที่ฝังลึกอยู่ในใจกลางของดาราจักรที่อยู่ห่างไกลออกไป

ถึงจะชื่อไม่หมด หลุมดำ เป็นสีดำ แม้ว่าหลุมดำจะมีขนาดแตกต่างกันออกไป หลุมดำที่ใหญ่ที่สุดอยู่ที่ใจกลางกาแลคซี่ และยังคงมีขนาดเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ

หลุมดำ “มวลมหาศาล” เหล่านี้สามารถมีมวลได้ถึง a พันล้านดวง. หลุมดำที่ใจกลางดาราจักรทางช้างเผือกของเราซึ่งเรียกว่าราศีธนู A* ซึ่งการค้นพบนี้ได้รับ 2020 รางวัลโนเบลในสาขาฟิสิกส์-ค่อนข้างสงบ แต่นั่นไม่ใช่กรณีของหลุมดำมวลมหาศาลทั้งหมด

หากสสาร เช่น ก๊าซ ฝุ่น หรือดาวฤกษ์เข้าใกล้หลุมดำมากเกินไป ก็จะถูกแรงโน้มถ่วงมหาศาลดูดเข้าไป เมื่อมันตกลงสู่หลุมดำ มันจะร้อนขึ้นและสว่างขึ้นอย่างไม่น่าเชื่อ

แสงที่เกิดจาก “หลุมดำสว่าง” เหล่านี้สามารถขยายสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมด ตั้งแต่รังสีเอกซ์ไปจนถึงคลื่นวิทยุ อีกชื่อหนึ่งของความสดใส หลุมดำ ที่ใจกลางกาแลคซีคือ "นิวเคลียสของดาราจักรที่ทำงานอยู่" หรือ AGN พวกมันสามารถส่องแสงจ้ากว่าดวงอาทิตย์หลายล้านล้านเท่า และบางครั้งสามารถส่องแสงเหนือดวงดาวทั้งหมดในดาราจักรของมันด้วยซ้ำ

หลุมดำที่สว่างที่สุด

เรื่อง AGN พ่นสารอย่างรุนแรงด้วยเครื่องบินเจ็ทซึ่งเดินทางเป็นระยะทางหลายล้านกิโลเมตรในอวกาศและสามารถมองเห็นได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์วิทยุ บางส่วนผลิต "ลม" ที่ใจกลางดาราจักร ซึ่งสามารถผลักก๊าซใดๆ (เชื้อเพลิงที่จำเป็นสำหรับการก่อตัวดาว) ออกจากดาราจักร

ด้วยพลังทำลายล้างที่ใจกลางดาราจักร นักดาราศาสตร์จึงมั่นใจว่าสิ่งนี้จะต้องส่งผลกระทบอย่างใหญ่หลวงต่อดาราจักรเอง เรารู้ว่ากาแล็กซีส่วนใหญ่ช้า ปิดกระบวนการก่อตัวดาวฤกษ์และ AGN อาจเป็นหนึ่งในผู้กระทำผิด

ดังนั้น AGN ไม่เพียงแต่ช่วยให้เราเข้าใจหลุมดำที่เข้าใจยากได้ดีขึ้นเท่านั้น แต่การศึกษาพวกมันยังสอนเราเกี่ยวกับกาแลคซีด้วย

ค้นหาหลุมดำที่สว่างไสว

ขึ้นอยู่กับจำนวนหลุมดำที่ "กิน" อยู่ในกาแลคซีใด และมุมที่เราสามารถมองเห็นมันได้ AGN สามารถดูแตกต่างกันมาก แม้แต่เมื่อมองไปที่ดาราจักรเดียวกัน นักดาราศาสตร์คนหนึ่งที่มีกล้องโทรทรรศน์เอ็กซ์เรย์อาจมองเห็นมันเรืองแสงและค้นพบ AGN ในขณะที่นักดาราศาสตร์อีกคนหนึ่งที่ใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุอาจมองไม่เห็นอะไรเลยถ้า AGN ไม่เกิดขึ้นเพื่อผลิตไอพ่นที่มองเห็นได้ใน คลื่นความถี่วิทยุ

ด้วยเหตุนี้ จึงคิดว่าพวกมันเป็นวัตถุที่แตกต่างกัน แต่เมื่อดูวัตถุเดียวกันด้วยกล้องโทรทรรศน์ต่างกัน นักดาราศาสตร์พบว่ามีความคล้ายคลึงกันหลายประการ และตระหนักถึงประโยชน์ของการใช้สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้ามากขึ้นเพื่อค้นหา

ความสว่างสัมพัทธ์ของกาแลคซีในส่วนต่างๆ ของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าเรียกว่า "การกระจายพลังงานสเปกตรัม" สามารถใช้วัดจำนวนดาวในดาราจักร อายุเท่าไหร่ เกิดจากอะไร และมีฝุ่นบังแสงมากน้อยเพียงใด

ในการวิจัยของเรา การตีพิมพ์ in ประกาศรายเดือนของสมาคมดาราศาสตร์เราแสดงให้เห็นว่าเทคนิคนี้สามารถใช้ในการระบุ AGN ได้เช่นกัน ซึ่งหมายความว่าขณะนี้เราสามารถวัดได้ไม่เพียงแค่คุณสมบัติและประวัติของดวงดาวในดาราจักรเท่านั้น แต่ยังวัดความสว่างของหลุมดำตรงกลางได้อีกด้วย

ไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะทำ ความแตกต่างระหว่างแสงดาวกับแสงจาก AGN นั้นบอบบางอย่างไม่น่าเชื่อ ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะสร้างความสับสนให้กับดาวอายุน้อยสำหรับหลุมดำที่สว่าง และในทางกลับกัน

ในออสเตรเลีย นักดาราศาสตร์ได้รับ โดยใช้กล้องโทรทรรศน์ของออสเตรเลีย เพื่อสร้างแผนที่ 3 มิติของกาแล็กซีบนท้องฟ้า แผนที่เหล่านี้ช่วยให้เราค้นหากาแล็กซีหลายแสนแห่ง ครอบคลุมประวัติศาสตร์ 11 พันล้านปี เพื่อหา AGN ที่เป็นไปได้

ด้วยการใช้วิธีการใหม่ของเรากับกาแลคซี 700,000 กาแล็กซี่ เราได้ระบุและวัดปริมาณ AGN มากกว่า 75,000 แห่ง เพื่อเริ่มทำความเข้าใจว่าจำนวนกาแลคซีมีวิวัฒนาการอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไป และผลกระทบต่อกาแลคซีที่เป็นเจ้าบ้านอย่างไร นักดาราศาสตร์คิดว่าจำนวน AGN ในจักรวาลเชื่อมโยงกับปริมาณการก่อตัวดาวฤกษ์ ซึ่งเรารู้ว่าเพิ่มขึ้นเกือบสิบเท่าเมื่อประมาณ 10 พันล้านปีก่อน แต่จนกว่าเราจะแน่ใจได้ว่าเราได้ระบุ AGN ทั้งหมดในช่วงเวลาจักรวาลในตัวอย่างกาแลคซีของเราแล้ว เราจะไม่ทราบแน่ชัด

ตอนนี้ ชุมชนดาราศาสตร์ยังคงถกเถียงกันอย่างกระตือรือร้นเกี่ยวกับธรรมชาติของหลุมดำที่ยังคุกรุ่นอยู่ แม้ว่าเราจะยังไม่ได้ตอบคำถามที่จำเป็นในการบรรเทาการโต้วาที แต่เราเข้าใกล้อีกก้าวหนึ่งที่จะสามารถมองเห็นวัตถุที่น่าสนใจเหล่านี้ภายในกาแลคซี่ได้อย่างน่าเชื่อถือ และนั่นเป็นก้าวสำคัญในการทำให้กระจ่างขึ้นเกี่ยวกับความลึกลับของหลุมดำ

บทความนี้ตีพิมพ์ซ้ำจาก สนทนา ภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่าน บทความต้นฉบับ.

เครดิตภาพ: NASA/CXC/CfA/R.Kraft และคณะ, CC BY-SA

ที่มา: https://singularityhub.com/2021/12/31/some-black-holes-are-anything-but-black-and-scientists-found-75000-of-the-brightest-ones/