วัตถุที่ซุ่มซ่อนอยู่ในรุ่งอรุณที่เต็มไปด้วยหมอกของเอกภพได้สร้างความประหลาดใจครั้งใหญ่ให้กับนักดาราศาสตร์

การสังเกตการณ์ที่รวบรวมผ่านกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ได้เผยให้เห็นหลุมดำมวลมหาศาลที่มีมวล 10 ล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ ซึ่งเป็นหลุมดำที่กำลังขยายตัวอย่างต่อเนื่องขณะที่มันกลืนกินสสารจากอวกาศรอบๆในเวลาเพียง 570 ล้านปีหลังจากบิกแบง นี่เป็นหลุมดำมวลมหาศาลที่เติบโตเร็วที่สุดที่ตรวจพบ แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะหวังว่าหลุมดำจะไม่คงสถานะนี้ไว้นาน

• บทความอื่น ๆ : flatheadvalleycowboychurch.com

หลุมดำถูกพบภายในกาแลคซีแรกสุดแห่งหนึ่งที่เคยตรวจพบ ซึ่งก่อนหน้านี้รู้จักกันในชื่อ EGSY8p7 แม้ว่าภายหลังจะเปลี่ยนชื่อเป็น CEERS_1019 การค้นพบนี้อาจช่วยหนึ่งในปริศนาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในยุคแรกของเอกภพยุคแรก นั่นคือ หลุมดำใน Cosmic Dawn ขยายขนาดให้ใหญ่ขนาดนี้ได้อย่างไรในระยะเวลาอันสั้น

เอกสารราย ละเอียดการค้นพบที่นำโดยนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์รีเบคก้า ลาร์สันแห่งมหาวิทยาลัยเทกซัส ออสติน ได้ถูกส่งไปยังThe Astrophysical Journal แล้ว และเผยแพร่บนเซิร์ฟเวอร์พรีพริ้นต์arXiv”เราพบนิวเคลียสของกาแลกติกกัมมันตภาพรังสี (AGN) ที่อยู่ไกลที่สุด และหลุมดำที่อยู่ไกลที่สุดและเร็วที่สุดที่เราเคยพบ” Larson กล่าวกับ ScienceAlert

ในตอนแรกLarson ดูที่ CEERS_1019 ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของงานของเธอในการตรวจสอบแสงที่เกิดจากการก่อตัวดาวฤกษ์ในเอกภพในยุคแรกเริ่ม แสงนี้เรียกว่า Lyman-alpha emission เชื่อกันว่าเกิดจากการแตกตัวเป็นไอออนของไฮโดรเจนที่เป็นกลางโดยกิจกรรมการก่อตัวดาวฤกษ์ เอกภพในยุคแรกเริ่มเต็มไปด้วยหมอกของไฮโดรเจนที่เป็นกลาง ซึ่งขัดขวางไม่ให้แสงแพร่กระจาย หลังจากที่ไฮโดรเจนแตกตัวเป็นไอออนแล้วแสงก็สามารถไหลได้อย่างอิสระ

ยุคแห่ง Reionizationนี้อย่างที่ทราบกันดีว่ายังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างสมบูรณ์ เรารู้ว่ามันเกิดขึ้นในช่วงพันล้านปีแรกหลังจากบิกแบงเมื่อ 13.8 พันล้านปีก่อน แต่การเห็นว่าไกลไปถึงจักรวาลยุคแรกนั้นเป็นเรื่องยากจริงๆ CEERS_1019 และกาแลคซียุคแรกสุดอื่นๆ จำนวนหนึ่งเป็นเป้าหมายที่ดีเยี่ยมสำหรับการวิจัยนี้ เนื่องจากพวกมันค่อนข้างสว่าง

กาแล็กซีนี้ได้รับการระบุในข้อมูลของฮับเบิลในปี 2015และในเวลานั้น เป็นกาแล็กซีที่เก่าแก่ที่สุดและอยู่ไกลที่สุดที่สังเกตได้ การสังเกตครั้งต่อมายืนยันการมีอยู่ของมัน แต่ข้อมูลที่ละเอียดมากขึ้นยังคงเข้าใจยาก: แสงแรกสุดในเอกภพได้เคลื่อนเข้ามายังส่วนอินฟราเรดของสเปกตรัมเนื่องจากการขยายตัวของเอกภพ ซึ่งเครื่องมืออินฟราเรดที่ทรงพลังและทุ่มเทอย่าง JWST เป็นสิ่งจำเป็นในการตรวจสอบพวกมัน

ดังนั้น เมื่อ JWST เข้ามา CEERS_1019 – กาแล็กซีฮับเบิลที่สว่างที่สุดจากยุคนี้ – จึงเป็นเป้าหมายที่ชัดเจน กล้องโทรทรรศน์จ้องมองที่กาแลคซีเพียงหนึ่งชั่วโมงด้วยเครื่องมือทั้งสี่ของมัน แต่กลับมีข้อมูลมากมาย”ในช่วงเวลานั้นฉันชอบ ว้าว ดูทุกสิ่งที่เรามองเห็นได้ด้วย JWST เราได้เห็นส่วนทั้งหมดของสเปกตรัมของกาแล็กซีนี้แล้ว และกาแลคซีอื่นๆ ในช่วงต้นของจักรวาลที่เราไม่เคยเห็นมาก่อน Larson บอก ScienceAlert “ฉันรู้สึกท่วมท้นด้วยจำนวนข้อมูล”

แต่แล้วเธอก็สังเกตเห็นบางอย่างที่เธอไม่คาดคิด นอกจากแสงของการก่อตัวดาวแล้ว ยังมีลักษณะการเปล่งแสงในวงกว้างที่มักเกี่ยวข้องกับ AGN และเมื่อเธอเล่าให้นักวิจัยของ AGN ฟัง สิ่งต่างๆ ก็เริ่มน่าสนใจโดยปกติแล้วดาราจักรในเอกภพยุคแรกจะเปล่งแสงจาก AGN หรือแสงจากการก่อตัวของดาวฤกษ์ การได้เห็นทั้งสองในกาแลคซีเดียวกันเป็นสิ่งที่คาดไม่ถึงอย่างยิ่ง

Larson กล่าวว่า “ฉันรู้สึกประหลาดใจเช่นเดียวกับทุกคน “เราโต้เถียงกันมาตลอดหลายสัปดาห์ว่าควรจะเป็นอันไหน ควรเป็นอย่างใดอย่างหนึ่ง และปรากฎว่าเป็นทั้งสองอย่าง มีผลกระทบบางอย่างที่หลุมดำมีต่อสายการปลดปล่อยที่เรา กำลังมองเห็น แต่แสงส่วนใหญ่ที่เราเห็นในภาพของเรายังคงถูกครอบงำโดยส่วนที่ก่อตัวเป็นดาวของกาแล็กซี”

การที่หลุมดำมวลมหาศาลนั้นมีอยู่เมื่อกว่า 13.2 พันล้านปีก่อนและเติบโตขึ้นเรื่อย ๆ นั้นไม่น่าแปลกใจอย่างที่คุณคิด มีการตรวจพบหลุมดำขนาดใหญ่กว่ามากในจักรวาลยุคแรก J1342+0928กาแล็กซีควอซาร์ที่ตรวจพบหลังจากบิกแบง 690 ล้านปี มีหลุมดำมวลมหาศาลที่จับจ้องอยู่ที่ดวงอาทิตย์ 800 ล้านดวง หลุมดำในJ0313-1806ซึ่งมีอายุ 670 ล้านปีหลังบิกแบง วัดได้ที่ดวงอาทิตย์ 1.6 พันล้านดวง

ควอซาร์ทั้งสองนี้ถูกควบคุมโดยการปล่อย AGN สิ่งที่ CEERS_1019 ดูเหมือนจะเป็นตัวแทนนั้น Larson และเพื่อนร่วมงานของเธอเชื่อว่าเป็นขั้นตอนขั้นกลาง: จุดระหว่างกาแลคซีต่อมาที่ใหญ่กว่า ใหญ่กว่า และครอบครองโดย AGN และวิธีที่กาแลคซีเหล่านั้นและหลุมดำเริ่มก่อตัวขึ้นตั้งแต่แรก”เราไม่รู้และยังไม่รู้ว่าหลุมดำในกาแล็กซีเหล่านั้นมีมวลมากขนาดนั้นได้อย่างไรในจักรวาล” Larson อธิบาย”สิ่งที่เราพบคือสิ่งที่เราคิดว่าอาจเป็นต้นกำเนิดหรือสิ่งที่เติบโตเป็นควาซาร์ที่ใหญ่โตเหลือเชื่อเหล่านี้”

เมื่อมองไปที่หลุมดำมวลมหาศาลใน CEERS_1019 นักวิจัยคิดว่าวัตถุนั้นก่อตัวขึ้นจากการยุบตัวของวัตถุขนาดใหญ่ เช่น หนึ่งในดาวดวงแรกในจักรวาล ดาวฤกษ์เหล่านี้มีขนาดใหญ่กว่าดาวฤกษ์ที่เรามีอยู่รอบ ๆ ทุกวันนี้มาก ดังนั้นหลุมดำจากการยุบตัวดังกล่าวน่าจะมีจุดเริ่มต้นบนเส้นทางสู่การกลายเป็นมวลมหาศาล

แต่คงต้องเพิ่มพลังกันสักหน่อย สิ่งนี้อาจมาในรูปของการสะสม super-Eddington เป็นระยะ ขีดจำกัดของ Eddington คืออัตราที่ยั่งยืนสูงสุดที่หลุมดำสามารถเติบโตได้ วัสดุหมุนวนรอบหลุมดำในดิสก์ ป้อนเข้าไปในหลุมดำเหมือนน้ำไหลลงท่อระบาย เหนือขีดจำกัดของ Eddington สสารกำลังเคลื่อนที่เร็วมากจนแทนที่จะบินวนรอบหลุมดำ มันบินออกไปในอวกาศ การสะสม Super-Eddington เป็นไปได้ในช่วงเวลาสั้นๆ เท่านั้น แต่จากแบบจำลองของทีม อาจเป็นไปได้ในการระเบิดที่ช่วยให้หลุมดำเติบโตที่ใจกลาง CEERS_1019

แต่วิธีที่ดีที่สุดในการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับพวกมันคือการหากาแลคซีที่อยู่ตรงกลางให้มากขึ้น และนี่ดูเหมือนจะเป็นไปได้อย่างมาก ดังที่ Larson ชี้ให้เห็น ผลลัพธ์มาจากการสังเกตเพียงหนึ่งชั่วโมง การสังเกตที่ลึกอย่างแท้จริงคาดว่าจะเผยให้เห็นกาแลคซีที่ห่างไกลมากขึ้นและแม้แต่ที่จางกว่าซึ่งช่วยให้เราเข้าใจว่าจักรวาลกำเนิดและเติบโตอย่างไรในที่สุด

“ฉันไม่คิดว่าสถิติของฉันจะยืนยาว” Larson กล่าว “และฉันหวังว่าจะไม่ เพราะฉันคิดว่านั่นน่าตื่นเต้นกว่า ที่เราเริ่มตอบคำถามเหล่านี้”