"กาแลกซี" กับ "หลุมดำ" อะไรเกิดก่อนกัน ?

"ไก่กับไข่ อะไรเกิดก่อนกัน?" อาจเป็นปัญหาโลกแตกที่ผ่านมาหลายยุคสมัยเรายังหาคำตอบไม่ได้ แต่ยังมีปัญหายิ่งกว่าโลกแตก ตั้งแต่ก่อนจะเกิดโลก เมื่อนักดาราศาสตร์ตั้งคำถามว่า "กาแลกซีหรือหลุมดำ สิ่งไหนเกิดก่อนกัน?" ซึ่งเป็นไปได้ทั้ง "กาแลกซี" เกิดขึ้นก่อน จากนั้น "หลุมดำ" ก็ผุดขึ้นในใจกลาง หรืออาจเป็น "กาแลกซี" ก่อตัวขึ้นรอบๆ หลุมดำที่มีมาอยู่ก่อนแล้ว

ล่าสุดเว็บไซต์ยูนิเวอร์สทูเดย์ (Universe Today) ได้รายงานว่า คริส คาริลลี (Chris Carilli) นักดาราศาสตร์สหรัฐฯ จากหอดูดาวดาราศาสตร์วิทยุแห่งสหรัฐฯ (National Radio Astronomy Observatory: NRAO) พบหลักฐานที่สนับสนุนว่า หลุมดำก่อตัวขึ้นก่อนกาแลกซีที่อาศัยอยู่ หรือบางครั้งอาจเป็นไปได้ว่า หลุมดำนั่นเอง ที่ทำให้เกิดกาแลกซีขึ้นรอบๆ และหลักฐานสนับสนุนก็มากขึ้นเรื่อยๆ

ทีมวิจัยได้ศึกษาโดยอาศัยชุดกล้องโทรทรรศน์วิทยุเวรีลาร์จอาร์เรย์ (Very Large Array radio telescope) และกล้องโทรทรรศน์พลาโต เดอ บัวร์ อินเตอร์เฟอร์โรมิเตอร์ (Plateau de Bure Interferometer) ในประเทศฝรั่งเศส ซึ่งมีความละเอียดระดับ "กิโลพาร์เซก" (kiloparsec) อันเป็นหน่วยบอกระยะทาง ซึ่ง 1 พาร์เซกเท่ากับ 3.26 ปีแสง และได้พิจารณาหากาแลกซีเก่าแก่ที่สุด ที่ก่อตัวขึ้นในช่วงพันล้านปีหลังการระเบิดครั้งใหญ่ หรือ "บิกแบง" (Big Bang)

ผลการศึกษาก่อหน้านี้ ที่เกี่ยวกับกาแลกซีและหลุมดำที่อยู่ใจกลางพวกมัน เผยให้เห็นความเชื่อมโยงอันน่าทึ่ง ระหว่างมวลของหลุมดำกับ "บัลจ์" (bulge) หรือกลุ่มก้อนของดาวและก๊าซที่อยู่ใจกลางกาแลกซี (ซึ่งพบมากในกาแลกซีก้นหอย) โดยอัตราส่วนของหลุมดำกับมวลของบัลจ์ ใกล้เคียงกันทั้งในด้านขนาดและอายุของกาแลกซี สำหรับหลุมดำใจกลางกาแลกซีที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ของเราล้านถึงพันล้านเท่านั้น มีอัตราส่วนมวลเป็นหนึ่งในพันของมวลที่อยู่รอบๆ บัลจ์

"เราวัดมวลของหลุมดำและบัลจ์ได้ในหลายๆ กาแลกซี ซึ่งเกิดขึ้นช่วงเวลาพันล้านปี หลังเกิดบิกแบง และหลักฐานก็ชี้ว่าอัตราส่วนคงที่ซึ่งพบในกาแลกซีข้างเคียงเรานั้น อาจไม่ใช่อัตราส่วนคงที่มาตั้งแต่เอกภพในยุคเริ่มต้น หลุมดำในกาแลกซีอายุน้อย มีมวลมากกว่าที่พบในเอกภพใกล้ๆ เมื่อเทียบกับบัลจ์ เป็นนัยว่าหลุมดำเติบโตเร็วมาก" ฟาเบียน วอลเตอร์ (Fabian Walter) จากสถาบันมักซ์-พลังก์ด้านดาราศาสตร์วิทยุ (Max-Planck Institute for Radioastronomy: MPIfR) ในเยอรมนีกล่าว

"อัตราส่วนคงที่นี้ชี้ให้เห็นว่า หลุมดำและบัลจ์มีผลต่อกันและกัน โดยทั้งคู่เติบโตอย่างมีปฎิกิริยาสัมพันธ์กัน ดังนั้นคำถามสำคัญคือ อย่างใดอย่างหนึ่งเกิดก่อน หรือเกิดขึ้นพร้อมๆ กัน แล้วทั้งคู่มีกระบวนการรักษาอัตราส่วนมวลอย่างไร" โดมินิก รีเชอร์ส (Dominik Riechers) จากสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนียหรือคาลเท็ค (Caltech) กล่าว

ทั้งนี้ เขาอธิบายว่า ที่สุดแล้วเราสามารถวัดมวลของหลุมดำและบัลจ์จากหลายกาแลกซีในช่วงที่กำลังเติบโตพันล้านปีแรกหลังบิกแบง และพบหลักฐานที่ชี้ว่า อัตราคงที่ดังที่กล่าวมาข้างต้น ไม่ได้เกิดขึ้นในเอกภพยุคแรก หลุมดำที่อยู๋ในกาแลกซีวัยเยาว์มีมวลมากกว่า เมื่อเทียบกับบัลจ์ใกล้เคียง

"นั่นเป็นความหมายโดยนัยว่า หลุมดำเริ่มเติบโตขึ้นก่อน"

สำหรับความท้าทายต่อไป คือการค้นหาว่าหลุมดำและบัลจ์ ส่งผลต่อการเติบโตของกันอย่างไร เราไม่รู้กลไกที่เกิดขึ้นคืออะไร และทำไมจึงเป็นเช่นนั้น ในบางประเด็น "อัตราส่วนมาตรฐาน" ระหว่างมวลก็เป็นการกำหนด"

ทั้งนี้ คาริลลีกล่าวว่า กล้องโทรทรรศน์ของหอดูดาวที่อยู่ระหว่างก่อสร้าง จะช่วยไขปริศนาดังกล่าวได้ โดยกล้องโทรทรรศน์เอ็กแพนเด็ด เวรีลาร์จอาร์เรย์ (Expanded Very Large Array: EVLA) และกล้องโทรทรรศน์อาทาคามา ลาร์จมิลลิเมเตอร์-ซับมิลลิเมเตอร์อาร์เรย์ (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array: ALMA) จะช่วยให้ทีมวิจัยปรับปรุงความไวและกำลังในการปรับแก้ค่า เพื่อบันทึกภาพก๊าซในกาแลกซีเหล่านั้น ในสเกลขนาดเล็กได้ตามต้องการเพื่อศึกษาพลศาสตร์ภายใน

"เพื่อเข้าใจว่าเอกภพเป็นเช่นทุกวันนี้ได้อย่างไร เราต้องเข้าใจถึงการก่อตัวขึ้นของดวงดาวและกาแลกซีกลุ่มแรก ในช่วงที่เอกภพยังอายุน้อย ทั้งนี้หอดูดาวที่กำลังเกิดขึ้นใหม่ๆ ภายในไม่กี่ปีจากนี้ จะกลายเป็นแหล่งสำคัญ ในการศึกษารายละเอียดที่สำคัญๆ จากยุคที่เอกภพยังเตาะแตะ เพื่อเปรียบเทียบกับเอกภพที่โตเต็มที่อย่างในทุกวันนี้" คาริลลีกล่าว