นักดาราศาสตร์ตรวจพบหลุมดำมวลมหาศาลคู่หนึ่งใน Markarian 501

นักดาราศาสตร์ได้ระบุหลักฐานโดยตรงของหลุมดำมวลมหาศาลสองหลุมที่โคจรรอบกันและกันในแกนกลางของกาแลคซีมาร์คาเรียน 501 กาแลคซีนี้อยู่ห่างจากโลกประมาณ 480 ล้านปีแสง การค้นพบนี้มาจากการวิเคราะห์รายละเอียดของข้อมูลวิทยุที่รวบรวมมานานกว่าทศวรรษ สัญญาณหลักคือการมีอยู่ของอนุภาคสัมพัทธภาพลำที่สองถัดจากเจ็ตที่รู้จักอยู่แล้ว ทีมงานระหว่างประเทศได้เผยแพร่ผลลัพธ์ในการศึกษาที่ได้รับการยอมรับจาก Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

งานนี้นำโดยนักวิจัยจากสถาบันดาราศาสตร์วิทยุมักซ์พลังค์ในเยอรมนี พวกเขาประมวลผลการสังเกตการณ์ 83 ชุดที่สร้างด้วยอาร์เรย์พื้นฐานที่ยาวมากระหว่างเดือนกันยายน พ.ศ. 2554 ถึงเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2566 การสังเกตดังกล่าวเกิดขึ้นที่ความถี่ 43 กิกะเฮิรตซ์ ความถี่นี้ทำให้สามารถแก้ไขโครงสร้างใกล้กับนิวเคลียสของดาราจักรได้ การเปรียบเทียบกับข้อมูลจากความถี่ต่ำกว่า เช่น 15 กิกะเฮิรตซ์ และ 8 กิกะเฮิรตซ์ ช่วยเสริมข้อค้นพบนี้

รายละเอียดการสังเกตการณ์ทางวิทยุ

ข้อมูลแสดงเจ็ตสองลำที่แตกต่างกันซึ่งโผล่ออกมาจากนิวเคลียสเดียวกัน เครื่องบินไอพ่นหลักที่เรียกว่าเจ็ต 1 ชี้ไปในทิศทางของโลกและเป็นที่รู้จักอยู่แล้ว เจ็ตที่สองเรียกว่าเจ็ต 2 ปรากฏที่ด้านตรงข้ามในบางภาพ จากนั้นจะโค้งทวนเข็มนาฬิการอบนิวเคลียส การกำหนดค่านี้ถูกสังเกตซ้ำแล้วซ้ำเล่าตลอดระยะเวลาการติดตามสิบสองปี ส่วนประกอบของ Jet 2 เปลี่ยนตำแหน่งตามระดับสัปดาห์และเดือน

ในการสังเกตการณ์เมื่อวันที่ 24 มิถุนายน พ.ศ. 2565 โครงสร้างของเครื่องบินเจ็ต 2 ก่อให้เกิดส่วนโค้งบางส่วนรอบแกนกลางหลัก นักวิจัยตีความส่วนโค้งนี้ว่าเป็นวงแหวนไอน์สไตน์บางส่วน อาจมีสาเหตุมาจากเลนส์โน้มถ่วงของหลุมดำปฐมภูมิซึ่งส่งผลต่อการปล่อยเจ็ตออกจากหลุมดำทุติยภูมิ ความละเอียดเชิงมุมของภาพสูงถึงหนึ่งในสิบของมิลลิวินาที ความแม่นยำนี้จำเป็นต่อการแยกโครงสร้างออกจากกัน

คาบการโคจรโดยประมาณสำหรับการเคลื่อนที่ของเจ็ต 2 รอบนิวเคลียสอยู่ที่ประมาณ 141 วันในกรอบอ้างอิงของกาแลคซี เส้นโค้งแสงของนิวเคลียสมีคาบประมาณ 121 วัน นอกจากนี้ยังมีคาบระยะยาว 7.4 ปี ซึ่งสัมพันธ์กับการขึ้นหน้าของระนาบการโคจรของระบบ การเปลี่ยนแปลงอย่างเป็นระบบระหว่างความถี่ที่ต่างกันชี้ไปที่การมีอยู่ของวัตถุขนาดใหญ่สองชิ้นที่แตกต่างกัน

• Jet 2 จะปรากฏที่ด้านข้างของเครื่องบินเจ็ทเคาน์เตอร์และโค้งทวนเข็มนาฬิกาก่อนที่จะวางแนวขนานกับ Jet 1
• ในการสังเกตการณ์ครั้งต่อๆ มา เครื่องบินเจ็ต 2 หันไปทางทิศใต้และรวมตัวเข้ากับโครงสร้างเครื่องบินไอพ่นหลัก
• ระบบที่สมบูรณ์จะแสดงการเคลื่อนตัวตามเข็มนาฬิกาอย่างค่อยเป็นค่อยไปตลอดหลายปีที่ผ่านมา
• มีการดึงกลับชั่วคราวระหว่างปี 2559 ถึง 2560 เรียกว่าการพลิกกลับ
• พรีเซสชันอธิบายการโยกเยกของระนาบการโคจรเหมือนกับยอดที่โยกเยกขณะหมุน
• ทางเลือกอื่นเช่นความไม่เสถียรของ Kelvin-Helmholtz จะไม่สร้างการเปลี่ยนแปลงที่ไม่สมมาตรระหว่างความถี่
• แบบจำลองไบนารีกลายเป็นคำอธิบายที่สอดคล้องกันมากที่สุดสำหรับชุดข้อมูล

ตรวจพบเจ็ตลำที่สองเป็นครั้งแรกในระเบิดไฟ ซึ่งเป็นสัญญาณของคู่หลุมดำที่หายาก!

เครื่องบินไอพ่นลำที่สองถูกค้นพบในแกนกลางของบลาซาร์ มาร์คาเรียน 501 (Mrk) ซึ่งเป็นหลักฐานที่หาได้ยากที่บ่งชี้ความเป็นไปได้ของการมีอยู่ของหลุมดำมวลมหาศาลคู่หนึ่งที่อยู่ใกล้ๆ ใกล้…pic.twitter.com/kzPzYPsI3O

– หลุมดำ (@konstructivizm)10 เมษายน 2026

ลักษณะเฉพาะของดาราจักรมาร์คาเรียน 501

Markarian 501 คือบลาซาร์ ซึ่งเป็นชนิดย่อยของนิวเคลียสดาราจักรกัมมันต์ ในวัตถุประเภทนี้ เจ็ตลำหนึ่งจะชี้เกือบตรงไปที่โลก การจัดแนวนี้ขยายการแผ่รังสีที่สังเกตได้จากผลกระทบของดอปเปลอร์เชิงสัมพัทธภาพ กาแลคซีปล่อยพลังงานวิทยุ รังสีเอกซ์ และรังสีแกมมาออกมาอย่างรุนแรงในช่วง TeV ความใกล้ชิดที่สัมพันธ์กันช่วยให้การสังเกตที่มีความละเอียดสูงในระดับพาร์เซก

นับตั้งแต่ทศวรรษ 1980 นักดาราศาสตร์สังเกตเห็นความไม่ตรงแนวในโครงสร้างวิทยุของกาแลคซี การเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นระหว่างเกล็ดเล็กใกล้กับนิวเคลียส และเกล็ดขนาดใหญ่ที่มีหน่วยเป็นกิโลพาร์เซก รุ่นก่อนหน้านี้เสนอเครื่องบินไอพ่นแบบขดลวดที่ถูกจำกัดอยู่ในกรวยแคบหรือแบบพรีเซสชั่นแบบธรรมดา ไม่มีคำอธิบายก่อนหน้านี้ที่อธิบายการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันที่สังเกตได้อย่างสมบูรณ์ การตรวจจับเครื่องบินเจ็ตสองลำโดยตรงช่วยไขปริศนาบางส่วนที่สะสมมานานหลายทศวรรษ

หลุมดำปฐมภูมิมีมวลประมาณหลายร้อยล้านเท่ามวลดวงอาทิตย์ หลุมดำทุติยภูมิก่อให้เกิดเจ็ต 2 และโคจรรอบหลุมแรกด้วยระยะห่างระหว่าง 251 ถึง 542 หน่วยดาราศาสตร์ ขึ้นอยู่กับมวลรวมที่สันนิษฐาน การแยกนี้เทียบเท่ากับรัศมีชวาร์สชิลด์หลายสิบ พื้นที่ทั้งหมดของระบบดาวคู่พอดีกับพื้นที่ที่เล็กกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางวงโคจรของดาวพลูโตรอบดวงอาทิตย์

ผลกระทบต่อวิวัฒนาการของหลุมดำมวลมหาศาล

หลุมดำมวลมหาศาลเติบโตจากการรวมตัวกันระหว่างการชนของกาแลคซี แบบจำลองทางทฤษฎีทำนายว่าหลังจากกาแลคซีรวมเข้าด้วยกัน หลุมดำใจกลางจะก่อตัวเป็นคู่ที่มีพันธะโน้มถ่วง พวกเขาเริ่มโคจรรอบกันและกัน การตรวจจับใน Markarian 501 นำเสนอกรณีการสังเกตโดยตรงของระยะกลางนี้ จนถึงขณะนี้ หลักฐานที่คล้ายกันอาศัยการอนุมานทางอ้อมหรือการสร้างแบบจำลองจลนศาสตร์เป็นหลัก

ระบบสามารถปล่อยคลื่นความโน้มถ่วงที่มีความถี่ประมาณ 8 คูณ 10 ถึงลบ 8 เฮิรตซ์ ความถี่นี้อยู่ภายในหน้าต่างการตรวจจับที่คาดไว้สำหรับอาร์เรย์ไทม์มิ่งพัลซาร์ อาร์เรย์ Square Kilometer ซึ่งอยู่ระหว่างการก่อสร้างสามารถสนับสนุนการค้นหาในอนาคตในระบบความถี่ต่ำนี้ได้ การสังเกตการณ์ที่หนาแน่นยิ่งขึ้นด้วยอาร์เรย์พื้นฐานที่ยาวมากหรือนักสำรวจหลุมดำในอนาคตจะสามารถปรับแต่งเรขาคณิตของวงโคจรเพิ่มเติมได้

Leia Tambem

Netflix จะเปิดตัวผลงาน 5 เรื่องระหว่างวันที่ 1 ถึง 5 มิถุนายน 2026

การปะทุของภูเขาไฟ Hunga Tonga ในปี 2022 ช่วยทำความสะอาดมีเทนที่ปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศ

Stephen Curry อยู่ในอันดับที่ 6 ในบรรดานักกีฬาที่มีรายได้สูงที่สุดในโลกด้วยรายได้ 124.7 ล้านเหรียญสหรัฐ

นักวิจัยได้คำนวณเวลารวมตัวกันของไบนารี่ หากมวลเทียบเคียง ระบบยังคงมีเวลาอีกหลายพันล้านปี หากอัตราส่วนมวลน้อยมาก เช่น 0.001 เวลาจะลดลงเหลือหลายร้อยปี แบบจำลองที่เป็นไปได้มากที่สุดชี้ไปที่มวลใกล้เคียงกัน ซึ่งบ่งชี้ถึงไบนารีที่มีอายุการใช้งานยาวนาน แต่ยังห่างไกลจากการรวมตัวครั้งสุดท้าย รายงานบางฉบับกล่าวถึงความเป็นไปได้ที่จะรวมตัวกันในอีกประมาณ 100 ปี แต่ผู้เขียนการศึกษายังคงระมัดระวังเกี่ยวกับการประมาณการนี้

การวิเคราะห์ทางเลือกและความเข้มงวดด้านระเบียบวิธี

ทีมงานตรวจสอบคำอธิบายทางเลือกสำหรับข้อมูล ความไม่เสถียรของเคลวิน-เฮล์มโฮลทซ์สามารถสร้างโครงสร้างขดลวดในไอพ่นได้ พิจารณาแรงกระแทกภายในหรือการโหลดมวลที่ไม่สม่ำเสมอด้วย สมมติฐานทั้งสองข้อไม่ได้อธิบายการเปลี่ยนแปลงอย่างเป็นระบบระหว่างความถี่หรือการเคลื่อนที่ในวงโคจรซ้ำๆ ของเจ็ต 2 การเปลี่ยนแปลงนิวเคลียสโดยการดูดซึมตัวเองของซินโครตรอนถูกตัดออกเมื่อมันเกิดขึ้นในทิศทางที่ผิด

การวิเคราะห์ใช้แบบจำลองเกาส์เซียนอิสระสำหรับแต่ละยุค 83 ไม่มีการกำหนดสมมติฐานก่อนหน้านี้ วิธีการจัดทำโปรไฟล์ความน่าจะเป็นทำให้สามารถระบุปริมาณความไม่แน่นอนในพารามิเตอร์ได้ การเปรียบเทียบกับข้อมูลที่เป็นอิสระจากโปรแกรมอื่นๆ เช่น MOJAVE ที่ 15 กิกะเฮิรตซ์ ช่วยเสริมการตีความ การตรวจสอบข้ามนี้เพิ่มความมั่นใจในผลลัพธ์

การศึกษาชี้ให้เห็นว่านี่เป็นการตรวจจับภาพโดยตรงครั้งแรกของระบบดูอัลเจ็ตในแกนกลางของบลาซาร์ งานก่อนหน้าเสนอไบนารีตามช่วงเวลาหรือการแปรผันทางอ้อม ความก้าวหน้าที่เกิดขึ้นคือการสังเกตเครื่องบินไอพ่นสองลำที่อยู่ร่วมกันในภาพเดียวกันพร้อมกัน

บริบททางประวัติศาสตร์และมุมมองในอนาคต

Markarian 501 ได้รับการตรวจติดตามที่ความยาวคลื่นหลายระดับมานานหลายทศวรรษ การปล่อยรังสีแกมมาพลังงานสูงและโครงสร้างวิทยุที่คดเคี้ยวดึงดูดความสนใจ คาบ 7.4 ปีในกราฟแสงวิทยุสอดคล้องกับความแปรผันที่สังเกตได้ที่ความยาวคลื่นอื่นๆ สิ่งนี้จะเพิ่มความสอดคล้องกันให้กับภาพที่ปรากฏ

ปรากฏการณ์การทำให้แขนขาสว่างขึ้นที่รายงานในการสังเกตครั้งก่อนอาจเป็นสิ่งประดิษฐ์ที่เกิดจากการซ้อนทับของเจ็ต 2 และเจ็ต 1 ในภาพคุณภาพต่ำ เมื่อไม่รู้จักเครื่องบินไอพ่นลำที่สอง โครงสร้างของมันก็สับสนกับขอบของเครื่องบินไอพ่นหลัก ความเป็นไปได้นี้ปูทางไปสู่การอ่านไฟล์ VLBI ในอดีตบนแกนประมวลผลอื่นๆ ที่ใช้งานอยู่

การสังเกตจังหวะที่หนาแน่นขึ้นในอนาคตอาจจับภาพการผ่านอย่างรวดเร็วของ Jet 2 ในการกำหนดค่าเฉพาะ Black Hole Explorer ซึ่งมีความละเอียดตามที่วางแผนไว้ประมาณ 6 ไมโครอาร์โควินาที จะมี Markarian 501 เป็นเป้าหมายสำคัญ แม้ว่าจะไม่มีการแก้ไขการแยกวงโคจรโดยตรง แต่ภาพที่มีความเที่ยงตรงสูงก็สามารถเปิดเผยรายละเอียดการไหลของสสารที่ป้อนหลุมดำแต่ละหลุมได้

กรณีนี้แสดงให้เห็นว่านิวเคลียสของดาราจักรกัมมันต์นั้นเป็นสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อน แบบจำลองอย่างง่ายของหลุมดำเดี่ยวที่มีไอพ่นคู่หนึ่งตั้งฉากกับจานสะสมมวลสารมีประโยชน์แต่ยังไม่เพียงพอสำหรับความละเอียดสูง การควบรวมกาแลคซีเป็นเรื่องธรรมดาในจักรวาล ดังนั้นระบบไบนารีของหลุมดำมวลมหาศาลจึงต้องมีอยู่เป็นจำนวนมาก การวิเคราะห์ซ้ำของการรวบรวมข้อมูลอินเทอร์เฟอโรเมทรีเส้นพื้นฐานยาวที่มีอยู่อาจเปิดเผยกรณีอื่นๆ ที่คล้ายคลึงกัน

การค้นพบนี้ตอกย้ำคุณค่าของโครงการติดตามผลระยะยาว เครือข่ายของกล้องโทรทรรศน์วิทยุ เช่น Very Long Baseline Array ซึ่งทำหน้าที่เป็นเครื่องมือขนาดทวีป มีความสำคัญต่อความก้าวหน้าเหล่านี้ การวิเคราะห์ข้อมูลที่สะสมมาหลายปีอย่างรอบคอบช่วยให้เราสามารถแยกแยะสองเธรดที่แตกต่างกันในโครงสร้างที่ดูเหมือนจะเป็นไอพ่นเดี่ยว

จักรวาลยังคงเผยความซับซ้อนเพิ่มเติมอีกชั้นหนึ่ง หลุมดำสองหลุมหมุนรอบกันและกันที่ใจกลางมาร์คาเรียน 501 มานานหลายทศวรรษ แต่ละตัวปล่อยไอพ่นพลาสมาของตัวเองออกมาด้วยความเร็วที่เข้าใกล้ความเร็วแสง เป็นเวลานานแล้วที่เครื่องมือและผู้สังเกตการณ์แสดงเครื่องบินเจ็ตเพียงลำเดียว ขณะนี้ ด้วยข้อมูลที่มีความละเอียดสูงและการวิเคราะห์ที่พิถีพิถัน วิทยาศาสตร์จึงระบุทั้งสองสิ่งนี้ได้ การค้นพบนี้ไม่ได้เกี่ยวกับระบบเฉพาะเท่านั้น เปิดมุมมองใหม่ๆ เพื่อทำความเข้าใจว่าหลุมดำที่มีมวลมากที่สุดเติบโตได้อย่างไร และกาแลคซีมีวิวัฒนาการอย่างไรในช่วงเวลาของจักรวาล