ค้นพบครั้งแรก! หลุมดำมวลดาวฤกษ์ในกระจุกดาวโอเมกาเซนทอรี

นักดาราศาสตร์ค้นพบหลุมดำมวลดาวฤกษ์ หรือ Stellar-mass Black Hole ดวงแรกภายในโอเมกาเซนทอรี ซึ่งเป็นกระจุกดาวทรงกลมที่ใหญ่ที่สุดในทางช้างเผือก โดยอาศัยข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลตลอดกว่า 20 ปี ร่วมกับข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์

ผลการศึกษาซึ่งเผยแพร่ในวารสาร The Astrophysical Journal Letters ถือเป็นหลักฐานสำคัญที่ช่วยไขปริศนาว่า เหตุใดโอเมกาเซนทอรี ซึ่งควรมีหลุมดำมวลดาวฤกษ์เหลืออยู่จำนวนมากจากการระเบิดของดาวฤกษ์มวลสูง กลับตรวจพบได้น้อยกว่าที่แบบจำลองทางทฤษฎีคาดการณ์ไว้

ESA, NASA, Maximilian Häberle (MPIA), Joseph DePasquale (STScI)

โอเมกาเซนทอรีประกอบด้วยดาวฤกษ์ราว 10 ล้านดวง ที่ยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงโน้มถ่วง นักดาราศาสตร์เคยพบหลักฐานว่ามี หลุมดำมวลปานกลาง (Intermediate-mass Black Hole) อยู่บริเวณศูนย์กลางของกระจุกดาวแห่งนี้ แต่แบบจำลองระบุว่ายังควรมีหลุมดำมวลดาวฤกษ์อีกราว 10,000 ดวง ซ่อนอยู่

ครั้งนี้ ทีมวิจัยใช้เทคนิค Astrometry หรือการวัดการเคลื่อนที่ของดาวฤกษ์อย่างละเอียด แทนการค้นหาคลื่นวิทยุหรือรังสีเอกซ์จากสสารที่ตกลงสู่หลุมดำ ทำให้สามารถตรวจพบดาวฤกษ์ดวงหนึ่งที่กำลังโคจรรอบวัตถุล่องหนซึ่งมีมวลมากพอที่จะเป็นหลุมดำ

หลุมดำดังกล่าวถูกตั้งชื่อว่า oMEGACat BH-2 อยู่ห่างจากโลกประมาณ 18,000 ปีแสง และมีมวลประมาณ 4.46 เท่าของดวงอาทิตย์มากเกินกว่าจะเป็นดาวนิวตรอน แต่กลับมีมวลต่ำกว่าที่นักวิทยาศาสตร์คาดว่าจะพบในกระจุกดาวที่มีโลหะต่ำอย่างโอเมกาเซนทอรี

อีกหนึ่งความพิเศษคือ ดาวฤกษ์ที่โคจรร่วมกับหลุมดำใช้เวลาถึง 94 ปี ในการโคจรครบหนึ่งรอบ ทำให้ระบบดาวคู่นี้เป็น ระบบหลุมดำ-ดาวฤกษ์ที่มีคาบการโคจรยาวที่สุดเท่าที่เคยค้นพบ

นักวิจัยเชื่อว่าทั้งสองไม่ได้ถือกำเนิดมาคู่กัน แต่เกิดจากกระบวนการที่ดาวฤกษ์และหลุมดำมาพบกันภายหลังภายในกระจุกดาว ก่อนจะถูกแรงโน้มถ่วงของดาวดวงอื่นรบกวนจนระบบอาจแตกสลายในเวลาไม่ถึง 1 พันล้านปี แม้ตัวกระจุกดาวจะมีอายุราว 12,000 ล้านปี ก็ตาม

การค้นพบครั้งนี้มีความสำคัญต่อการศึกษาวิวัฒนาการของหลุมดำและการก่อตัวของระบบดาวคู่ ซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงกับการกำเนิด คลื่นความโน้มถ่วง (Gravitational Waves) ที่นักดาราศาสตร์ตรวจจับได้ในปัจจุบัน

ทีมวิจัยระบุว่า จะใช้ข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล และกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ ค้นหาระบบลักษณะเดียวกันในกระจุกดาวอื่น ๆ ต่อไป

และในอนาคตยังคาดหวังว่ากล้องโทรทรรศน์อวกาศแนนซี เกรซ โรมัน ขององค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ (NASA) จะช่วยค้นพบหลุมดำประเภทนี้ได้มากขึ้น ด้วยความสามารถในการสำรวจพื้นที่ท้องฟ้าขนาดใหญ่และถ่ายภาพซ้ำอย่างต่อเนื่อง

ที่มา: NASA