กล้องโทรทรรศน์เจมส์ เวบบ์ ทำการตรวจวัดหลุมดำมวลมหาศาลโบราณโดยตรงเป็นครั้งแรก

กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ บันทึกการวัดมวลของหลุมดำมวลมหาศาลโดยตรงครั้งแรกในจักรวาลอายุน้อย วัตถุใจกลางของ Abell2744-QSO1 มีน้ำหนักประมาณ 50 ล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ มันตั้งอยู่ใจกลางกาแล็กซีสีแดงเล็กๆ ที่เกิดขึ้นหลังจากบิ๊กแบง 700 ล้านปี

นักวิจัยได้ทำแผนที่การเคลื่อนที่ของก๊าซรอบหลุมดำ การวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่ามันครอบงำมวลรวมของระบบ การค้นพบนี้เปิดประเด็นถกเถียงใหม่ๆ เกี่ยวกับการที่วัตถุขนาดยักษ์เหล่านี้เกิดขึ้นในช่วงแรกๆ ของประวัติศาสตร์จักรวาลได้อย่างไร

James Webb วัดมวลของหลุมดำอย่างไร

ทีมงานใช้เครื่องมือ NIRSpec ของกล้องโทรทรรศน์เพื่อสังเกตก๊าซจากวงโคจร สเปกโตรกราฟอินฟราเรดใกล้จับความเร็วที่เป็นไปตามรูปแบบเคปเปิลที่แน่นอน การเคลื่อนไหวนี้บ่งชี้ว่ามวลเกือบทั้งหมดมีความเข้มข้นที่จุดศูนย์กลาง

• ก๊าซหมุนเร็วขึ้นใกล้จุดศูนย์กลาง
• เส้นโค้งความเร็วยืนยันแรงดึงดูดของจุดโน้มถ่วง
• การวัดก่อนหน้านี้อาศัยวิธีการทางอ้อม
• ตอนนี้มวลได้รับการคำนวณโดยตรงจากพลศาสตร์ของแก๊ส

หลุมดำแสดงถึงมวลอย่างน้อยสองในสามของมวลรวมของ Abell2744-QSO1 ดวงดาวในกาแล็กซีมีจำนวนน้อยกว่ามาก ความไม่สมดุลนี้ท้าทายแบบจำลองคลาสสิกที่กาแลคซีและหลุมดำเติบโตร่วมกันในช่วงหลายพันล้านปี

Abell2744-QSO1 อยู่ในคลาสจุดสีแดงขนาดเล็ก

วัตถุขนาดกะทัดรัดสีแดงเหล่านี้ปรากฏเป็นจำนวนมากในการสังเกตครั้งแรกของเจมส์ เวบบ์ เป็นเรื่องธรรมดาในช่วงพันล้านปีแรกของจักรวาลและแทบไม่มีอยู่ในปัจจุบัน Abell2744-QSO1 เป็นเครื่องแรกในระดับเดียวกันที่มีการวัดมวลโดยตรง

กาแล็กซีที่อยู่โดยรอบนั้นสลัว หลุมดำใจกลางเปล่งแสงด้วยก๊าซไฮโดรเจนและก๊าซฮีเลียมที่เกือบจะดึกดำบรรพ์ ความเป็นโลหะที่ต่ำเป็นการตอกย้ำว่าสภาพแวดล้อมนั้นใกล้เคียงกับจักรวาลแรกเริ่ม

ผลกระทบต่อการก่อตัวของหลุมดำ

ผลการวิจัยชี้ให้เห็นว่าหลุมดำมวลมหาศาลบางหลุมอาจปรากฏขึ้นก่อนกาแลคซีที่เป็นเจ้าภาพพวกมัน สมมติฐานสองข้อได้รับความเข้มแข็งจากข้อมูล ประเด็นหนึ่งชี้ไปที่การล่มสลายของเมฆก๊าซขนาดมหึมาโดยตรง อีกกรณีหนึ่งกล่าวถึงหลุมดำดึกดำบรรพ์ที่ก่อตัวหลังบิกแบงไม่นาน

Roberto Maiolino จากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ เน้นย้ำถึงผลกระทบดังกล่าว การค้นพบนี้แสดงถึงการทบทวนสถานการณ์การจัดขบวนแบบคลาสสิก บทความนี้ตีพิมพ์ในวันเดียวกันในประกาศธรรมชาติและรายเดือนของ Royal Astronomical Society

หลุมดำของ Abell2744-QSO1 มีมวลมากกว่าดาวฤกษ์ทั้งหมดในกาแลคซีรวมกัน สัดส่วนนี้เกินกว่าที่เห็นในเอกภพในท้องถิ่นมาก โดยที่หลุมดำเป็นตัวแทนของมวลดาวฤกษ์เพียงเล็กน้อย

รายละเอียดทางเทคนิคของการสังเกตด้วย NIRSpec

หน่วยภาคสนามแบบรวมของ NIRSpec ช่วยให้สามารถจัดทำแผนที่ความเร็วที่ระยะทางต่างๆ จากศูนย์กลางได้ นักวิจัยได้เปรียบเทียบการเคลื่อนไหวจริงกับที่คาดไว้สำหรับการกระจายตัวของมวลที่แตกต่างกัน มีเพียงวัตถุปลายแหลมเท่านั้นที่อธิบายการหมุนของเคปเปิลที่สังเกตได้

Ignas Juodžbalis และ Cosimo Marconcini เป็นผู้นำบางส่วนของงานนี้ ความร่วมมือดังกล่าวเกี่ยวข้องกับสถาบันต่างๆ เช่น มหาวิทยาลัยฟลอเรนซ์ สถาบันมักซ์พลังค์ และมหาวิทยาลัยเบนกูเรียน

การเปลี่ยนแปลงใดสำหรับการศึกษาเอกภพในยุคแรกในอนาคต

ขณะนี้นักดาราศาสตร์วางแผนที่จะสังเกตจุดสีแดงเล็กๆ มากขึ้นโดยใช้เทคนิคเดียวกัน วัตถุประสงค์คือการทำความเข้าใจว่า Abell2744-QSO1 เป็นข้อยกเว้นหรือแสดงถึงรูปแบบทั่วไปในจักรวาลอายุน้อยหรือไม่ James Webb ยังคงส่งมอบข้อมูลที่มีคำถามต่อโมเดลที่สร้างขึ้น

การค้นพบนี้ตอกย้ำบทบาทของกล้องโทรทรรศน์ในฐานะเครื่องมือสำคัญสำหรับจักรวาลวิทยา การวัดโดยตรงใหม่แต่ละครั้งช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใกล้คำตอบเกี่ยวกับบทแรกของการก่อตัวของโครงสร้างจักรวาลมากขึ้น