"หลุมดำ" เล็กสุดที่เคยพบอยู่ในกาแลกซีของเราเอง

เนชันแนลจีโอกราฟิก/เอเอฟพี/เดลีเทเลกราฟ - พบหลุมดำเล็กสุดในเอกภพ เท่าที่ตรวจจับได้ อยู่ในกาแลกซีทางช้างเผือกของเราเอง โดยเป็นหลุมดำมวล 3.8 เท่าของดวงอาทิตย์ แต่ก่อนหน้านี้พบหลุมดำเล็กที่สุดหนักกว่าดวงอาทิตย์ 6.3 เท่า การค้นพบครั้งนี้เข้าใกล้ความเข้าใจว่ามวลต่ำสุดที่ทำให้ดาวตายแล้วกลายเป็นหลุมดำคือเท่าใด

แม้ว่าจะเล็กแต่ก็มีความหนาแน่นอย่างมากสำหรับ "หลุมดำ" ที่เพิ่งพบใหม่ภายในกาแลกซีทางช้างเผือก โดยมีมวลมากถึง 3.8 เท่าของดวงอาทิตย์แต่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 24 กิโลเมตรเท่านั้น ซึ่งนักวิทยาศาสตร์จากศูนย์การบินอวกาศกอดดาร์ด (Goddard Space Flight Center) ในมลรัฐแมรีแลนด์ ขององค์การบริหารการบินอวกาศสหรัฐอเมริกา (นาซา) ให้ความเห็นว่าสิ่งที่พบนี้ได้ผลักขีดจำกัดความเข้าใจในปรากฏการณ์ธรรมชาติออกไป

"เป็นเวลาหลายปีที่นักดาราศาสตร์ต้องการรู้ว่า ขนาดหลุมดำที่เล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้คือเท่าไหร่ และหลุมดำขนาดเล็กที่พบนี้ก็เป็นก้าวใหญ่ๆ ที่จะมุ่งหน้าไปสู่คำตอบของคำถามดังกล่าว" นิโคไล ชาโปชนิโกฟ (Nikolai Shaposhnikov) จากนาซากล่าว

ชาโปชนิโกฟและเลฟ ทิทาร์ชัค (Lev Titarchuk) ผู้ร่วมศึกษาอีกคนค้นพบหลุมดำขนาดเล็กนี้โดยใช้ดาวเทียมสำรวจย่านรังสีเอกซ์รอสซี (Rossi X-ray Timing Explorer satellite) ของนาซา โดยตำแหน่งของหลุมดำในระบบดาวคู่ที่ชื่อ XTE J1650-500 นี้ที่อยู่ห่างจากโลก 10,000 ปีแสง หากมองจากท้องฟ้าจะอยู่ในกลุ่มดาวแท่นบูชา (Ara)

หลุมดำซึ่งเกิดได้จากการยุบตัวของดวงดาว กลายเป็นดาวที่มีความหนาแน่นไม่จำกัดนั้นจะดูดกลืนทุกสิ่งที่เฉียดใกล้แรงโน้มถ่วงของหลุมดำ และรวมถึงแสงด้วย หลุมดำมวลยักษ์หรือหลุมดำขนาดใหญ่สามารถมีมวลได้มากกว่าดวงอาทิตย์ของเราถึงหลายพันล้านเท่า สำหรับมวลขนาดหลุมดำเล็กที่พบนี้เกือบต่ำกว่าขีดจำกัดที่ดาวดวงหนึ่งจะยุบตัวเป็นหลุมดำได้ และหากดาวมีมวลต่ำกว่านี้จะก่อตัวเป็นดาวแคระขาวหรือดาวนิวตรอนแทน

นอกจากนี้หลุมดำยังปลดปล่อยรังสีเอกซ์ที่มีความเข้มสูงในปริมาณมหาศาลและมีการเปลี่ยนแปลงเป็นช่วงๆ ที่เรียกว่าการแกว่งกวัดคาบไม่คงที่หรือคิวพีโอ (quasi-periodic oscillation: QPO)

นักวิทยาศาสตร์ประเมินขนาดของหลุมดำได้จากการพิจารณาการปลดปล่อยรังสีเอกซ์ที่อยู่รอบๆ เนื่องจากไม่สามารถสังเกตหลุมดำได้โดยตรงเพราะแสงไม่สามารถหลุดออกมาได้ ดังนั้นทางเดียวที่จะตรวจหาได้ก็เมื่อมีหลุมดำอยู่ในระบบดาวคู่เนื่องจากก๊าซจากดาวคู่จะถูกดึงออกมาโดยหลุมดำ ก๊าซจะหมุนวนเป็นก้นหอยเข้าสู่ภายใน มีรูปร่างคล้ายจานที่มีความหนาแน่นตรงศูนย์กลาง สสารที่ตกสู่ใจกลางหลุมดำจะได้รับความร้อนสูงมากจนปล่อยลำแสงในย่านรังสีเอกซ์ออกมาซึ่งตรวจวัดได้จากดาวเทียมที่โคจรรอบโลก

ชาโปชนิโกฟและทิทาร์ชัคได้คำนวณค่าผกผันของการปลดปล่อยรังสีเอกซ์ซึ่งน่าจะเชื่อมโยงกับขนาดของหลุมดำ เขาทั้งสองได้ทดสอบทฤษฎีดังกล่าวจากการเทียบค่าประมาณมวลหลุมดำด้วยวิธีอื่น เช่น วัดการโคลงเคลงวงโคจรของดาวที่อยู่ใกล้เคียงอันเนื่องจากผลของแรงโน้มถ่วง แล้วพบว่าวิธีใหม่ก็ให้ผลที่มีค่อนข้างแม่นยำ

ทั้งนี้หลุมดำหลายๆ แห่งที่คล้ายกับในระบบ XTE J1650-500 นี้ก่อตัวจากดาวที่ตายแล้วหลายดวง ซึ่งทีมวิจัยกล่าวว่าการค้นพบครั้งนี้ยังช่วยให้เกิดความเข้าใจฟิสิกส์และวิวัฒนาการของดวงดาวได้มากขึ้น ทั้งนี้นักวิทยาศาสตร์ยังไม่ทราบแน่ชัดว่ามวลต่ำสุดที่ดาวตายแล้วจะเปลี่ยนเป็นหลุมดำคือเท่าไหร่ ซึ่งดาวที่มีมวลภายใต้ค่าที่ยังไม่ทราบนี้จะเปลี่ยนไปเป็นดาวนิวตรอนเมื่อตายแล้วแทนที่จะเป็นหลุมดำ นักดาราศาสตร์คาดว่าเส้นแบ่งระหว่างหลุมดำกับดาวนิวตรอนอยู่ที่มวล 1.7-2.7 เท่าของดวงอาทิตย์ (ประมาณ 333,000 เท่าของมวลโลก)

"ค่าดังกล่าวอยู่ระหว่าง 2-3 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ ดังนั้นการพบหลุมดำที่มีมวล 3.8 เท่าของดวงอาทิตย์ทำให้เราค่อนข้างจะเข้าใกล้ขอบเขตดังกล่าว" ชาโปชนิโกฟกล่าว ทั้งนี้การทราบเส้นแบ่งของมวลที่ทำให้ดาวฤกษ์ตายแล้วกลายเป็นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำนั้นยังมีความสำคัญต่อความเข้าใจถึงพฤติกรรมสสารภายใต้ความหนาแน่นสูงอย่างไม่ธรรมดาด้วย