หลุมดำมวลมหาศาลเป็นวัตถุขนาดใหญ่และเข้าใจยากที่สุดในเอกภพ หลุมดำขนาดใหญ่เหล่านี้มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ 10,000 ล้านดวง ทำให้มันน่ากลัวยิ่งกว่าหลุมดำมวลมหาศาลที่พบในใจกลางกาแล็กซีอย่างทางช้างเผือกเสียอีก ขนาดมหึมาของพวกมันทำให้นักดาราศาสตร์สงสัยมาเป็นเวลานาน
รูปที่ 1. กาแล็กซีสามแห่งชนกันในภาพจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล การควบรวมระหว่างกาแลคซีสามแห่ง แต่ละแห่งมีหลุมดำมวลมหาศาล อาจจะเป็นต้นเหตุของการสร้างหลุมดำมวลมหาศาลที่หาได้ยาก ซึ่งเป็นเทหวัตถุขนาดใหญ่ที่สุดในจักรวาล (อ้างอิง: Livescience)
นี่คือการศึกษาการรวมตัวของกาแล็กซีหายากที่มีหลุมดำมวลมหาศาลถึง 3 หลุมดำ ซึ่งทำให้เกิดวัตถุขนาดใหญ่ที่สุดในจักรวาล โดยมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ถึง 3 แสนล้านเท่า โดยทีมงานได้ใช้การจำลองจักรวาลวิทยาความละเอียดสูงที่เรียกว่า แอสทริด (ASTRID) เพื่อจำลองวิวัฒนาการของเอกภพเมื่อประมาณ 1.1 หมื่นล้านปีก่อน โดยในการจำลอง ทีมงานได้เห็นการกำเนิดของหลุมดำมวลมหาศาลหลังจากการรวมตัวของกาแล็กซีทั้งสามแห่ง กาแล็กซีแต่ละแห่งมีควาซาร์ (Quasar) ของตัวเอง ซึ่งเป็นหลุมดำมวลมหาศาลที่ดูดก๊าซและปล่อยรังสีปริมาณมหาศาลออกมา ซึ่งสามารถส่องสว่างกว่าดาวทุกดวงในกาแล็กซีแม่ของมันรวมกัน
เมื่อควอซาร์สามตัวมาบรรจบกัน พวกมันก่อตัวเป็นหลุมดำที่มีมวลมากกว่าเดิม ในขณะเดียวกันก็กระตุ้นการป้อนวัตถุต่างๆที่ทำให้วัตถุที่รวมกันทำให้มีมวลมหาศาล เราพบระบบที่หายากมากซึ่งมีควาซาร์สามดวงในช่วงตรงกลางของจักรวาล เมื่อประมาณ 1.1 หมื่นล้านปีก่อน เมื่อกาแล็กซีและหลุมดำมวลมหาศาลถึงจุดสูงสุด ยฺหวี่ นิ (Yueying Ni) ดุษฎีบัณฑิตผู้เขียนนำการศึกษาที่ศูนย์ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ฮาร์วาร์ด-สมิธโซเนียน (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) กล่าวว่า ระบบนี้ประกอบด้วยควาซาร์ที่สว่าง 3 ดวง ซึ่งขับเคลื่อนโดยหลุมดำมวลมหาศาล แต่ละแห่งอยู่ในกาแล็กซีขนาดใหญ่ประมาณ 10 เท่าของมวลกาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา
การจำลองของทีมแสดงให้เห็นว่าควาซาร์สามแห่งน่าจะรวมตัวกันในช่วงเวลา 150 ล้านปี และก่อตัวเป็นหลุมดำที่ใหญ่ที่สุดในการจำลองทั้งหมด โดยมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ถึง 3 แสนล้านเท่า หรือมากกว่าดาวทุกดวงในทางช้างเผือกรวมกัน สิ่งนี้บ่งชี้ช่องทางการก่อตัวที่เป็นไปได้ของหลุมดำมวลมหาศาลเหล่านี้จากเหตุการณ์การรวมตัวกันอย่างสุดโต่งของหลุมดำมวลมหาศาลหลายหลุม ความหายากของระบบควอซาร์สามเท่าอาจจะอธิบายได้ว่าทำไมหลุมดำมวลมหาศาลในเอกภพจริงจึงเข้าใจยาก
รูปที่ 2. การจำลองด้วยซูเปอร์คอมพิวเตอร์แสดงหลุมดำสามแห่งที่รวมกันเป็นกาแลคซีเดียวโดยมีหลุมดำมวลมหาศาลอยู่ที่ใจกลาง (อ้างอิง: Livescience)
แม้ว่าโดยทั่วไปแล้ว เราคาดว่าระบบที่มีมวลมากขึ้นจะรองรับหลุมดำมวลมากได้มากขึ้น แต่หลุมดำมวลมหาศาลนั้นเป็นสิ่งที่เข้าใจยาก เพราะการเติบโตของหลุมดำเป็นกระบวนการที่ค่อนข้างควบคุมตนเองได้ โดยในระบบกาแล็กซีที่แยกตัวออกมา เมื่อหลุมดำ เติบโตขึ้นมากพอที่จะส่งผลที่แข็งแกร่งไปยังสภาพแวดล้อมและจำกัดตัวเองจากการเติบโตอย่างรวดเร็วต่อไป
กล่าวอีกนัยหนึ่ง นักดาราศาสตร์คาดว่าการก่อตัวของหลุมดำมวลมหาศาลที่มีมวลแม้ว่าจะอยู่ที่ส่วนล่างสุดของสเปกตรัม ประมาณ 1 หมื่นล้านเท่าของดวงอาทิตย์ จะเกิดขึ้นในสถานการณ์ที่หายากและรุนแรงมากเท่านั้น ในกรณีนี้เป็นรูปแบบของการรวมตัวกันซ้ำๆของกาแล็กซีมวลมากสามแห่ง ทีมงานตั้งใจที่จะทำการวิเคราะห์ทางสถิติของระบบควาซาร์หลายระบบในการจำลองแอสทริด เพื่อศึกษาคุณสมบัติของกาแล็กซีที่เป็นโฮสต์ โดยทำการสังเกตการณ์การจำลองและติดตามว่าหลุมดำมวลมหาศาลและกาแล็กซีแม่ว่ามีวิวัฒนาการอย่างไรในขณะที่ดำเนินการจำลอง โดยงานวิจัยนี้ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 30 พฤศจิกายน ค.ศ 2022 ในจดหมายวารสารดาราศาสตร์ฟิสิกส์ (The Astrophysical Journal Letters)
อ้างอิง: Livescience, Astrophysical Journal
