โดย Robert Lea บาคาร่า เผยแพร่เมื่อประมาณ 16 ชั่วโมงที่แล้วสองทีมพบวัตถุดาวฤกษ์ขนาดกะทัดรัดในแขนเกลียวของทางช้างเผือกกําหนดมวลและความเร็วโดยตรงจากหลักการของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปการเรนเดอร์ของศิลปินเกี่ยวกับหลุมดํามวลดาวฤกษ์ที่หลงทางช้างเผือกโดดเดี่ยว (เครดิตภาพ: ESA/Hubble, การสํารวจท้องฟ้าแบบดิจิทัล, นิค ไรเซอร์ (skysurvey.org), N. Bartmann)
นักวิทยาศาสตร์ได้เห็นหลุมดําอันธพาลหลุมดําตัวแรกที่หลงทางกาแล็กซีของเรา การใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลทีมไม่เพียง แต่ตรวจพบวัตถุอันธพาลเท่านั้น แต่ยังวัดมวลของมันโดยตรงซึ่งเป็นสิ่งที่นักวิจัยสามารถอนุมานได้ในอดีตเท่านั้น
หลุมดํามวลดาวฤกษ์ตั้งอยู่ประมาณ 5,000 ปีแสงจากโลกในแขนเกลียว Carina-Sagittarius
ของทางช้างเผือก โดยปกติแล้ววัตถุดังกล่าวจะมีดาวสหาย แต่วัตถุนี้อยู่คนเดียว สองทีมใช้ข้อมูลฮับเบิลเพื่อทําการค้นพบ: ทีมหนึ่งนําโดย Kailash C. Sahu นักดาราศาสตร์ที่สถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศในเมืองบัลติมอร์รัฐแมริแลนด์ และอีกคนหนึ่งนําโดยเคซี่ย์ แลม จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์”ควรมีหลุมดําประมาณ 100 ล้านหลุมในกาแล็กซีของเรา ซึ่งเป็นเศษเสี้ยวขนาดใหญ่ที่ควรแยกออก” ไคลาช ซี. ซาฮู นักดาราศาสตร์จากสถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศและผู้นําของกลุ่มใดกลุ่มหนึ่งบอกกับ Live Science ” ยังไม่พบหลุมดําที่แยกได้เพียงหลุมเดียวจนถึงตอนนี้”ทีมของซาฮูระบุว่าชนเผ่าเร่ร่อนบนท้องฟ้ามีมวลเจ็ดเท่าของดวงอาทิตย์ หลุมดํายังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วประมาณ 100,800 ไมล์ต่อชั่วโมง (162,200 กม./ชม.) ซึ่งบ่งชี้ว่าหลุมดํานี้เปิดตัวด้วยความเร็วมหาศาลโดยกระบวนการที่สร้างมันขึ้นมา
เมื่อดาวฤกษ์ขนาดใหญ่ซึ่งใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ประมาณ 20 เท่าเชื้อเพลิงนิวเคลียร์หมดมันจะยุบตัวลง กระบวนการนี้สร้างดาวนิวตรอนหรือหลุมดํารวมถึงการระเบิดของซูเปอร์โนวา หากซูเปอร์โนวาไม่สมมาตรอย่างสมบูรณ์แบบ ก็สามารถทําให้ดาวฤกษ์ที่เหลืออยู่เบื้องหลัง “เตะ” ที่ส่งมันวนเวียนออกไปจากดวงดาวฤกษ์โดยรอบได้”หลุมดําน่าจะได้รับการ ‘เตะตาล’ จากการระเบิดของซูเปอร์โนวา การวัดมวลของเราเป็นครั้งแรกสําหรับหลุมดํามวลดาวฤกษ์ที่แยกได้โดยใช้เทคนิคใด ๆ ” ซาฮูกล่าว
เนื่องจากหลุมดําดาวฤกษ์ไม่เปล่งแสงนักดาราศาสตร์จึงใช้เทคนิคที่เรียกว่าไมโครเลนซิ่งทางดาราศาสตร์หรือแรงโน้มถ่วงเพื่อค้นหาพวกมันซาฮูกล่าว
การเปลี่ยนตําแหน่งและความสว่างของดาวพื้นหลังที่เกิดจากเอฟเฟ็กต์เลนส์ความโน้มถ่วงของหลุมดํา
มวลดาวฤกษ์ที่แทรกแซง (เครดิตภาพ: NASA, ESA, K. Sahu (STScI), J. DePasquale (STScI))
”เมื่อดาวฤกษ์หรือวัตถุขนาดกะทัดรัด — เลนส์ — ผ่านหน้าดาวแบ็คกราวด์เกือบตรงหน้า — แหล่งที่มา — ดาวฤกษ์เบื้องหน้าทําหน้าที่เป็นเลนส์ ตามที่คาดการณ์โดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์เลนส์จะขยายแสงจากแหล่งกําเนิดและยังเปลี่ยนตําแหน่งที่ชัดเจนของแหล่งที่มาเล็กน้อย” ซาฮูกล่าว “การโก่งตัวของดาวฤกษ์พื้นหลังโดยหลุมดําเป็นวิธีการที่ทรงพลังไม่เพียง แต่ตรวจจับหลุมดําที่แยกได้เท่านั้น แต่ยังวัดมวลของพวกมันได้อย่างแม่นยําอีกด้วย”
อย่างไรก็ตาม การโก่งตัวมีขนาดเล็กมากจนทีมจําเป็นต้องใช้ข้อมูลความละเอียดสูงจากฮับเบิลเพื่อทําการวัด Sahu กล่าว “กล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินได้ตรวจพบเหตุการณ์ไมโครเลนซิ่ง 30,000 เหตุการณ์จนถึงตอนนี้ และนักวิทยาศาสตร์ได้ใช้เหตุการณ์เหล่านี้เพื่อศึกษาวัตถุทุกชนิด เช่น ดาวฤกษ์ ดาวแคระน้ําตาล และแม้แต่ดาวเคราะห์นอกระบบ อย่างไรก็ตาม เหตุการณ์ microlensing ที่เกิดจากหลุมดํามีอายุการใช้งานยาวนานกว่าเหตุการณ์ที่เกิดจากวัตถุอื่น ๆ
ในกรณีนี้ เหตุการณ์ไมโครเลนซิ่งซึ่งกําหนด MOA-11–191/OGLE-11–462 ซึ่งใช้ในการตรวจจับหลุมดํานี้ ซึ่งได้รับการตรวจสอบโดยฮับเบิลเป็นเวลาหกปีระหว่างปี 2011 ถึง 2017 สามารถแยกความแตกต่างเพิ่มเติมจากเอฟเฟ็กต์เลนส์ของดาวฤกษ์ที่แทรกแซงโดยข้อเท็จจริงที่ว่าดาวฤกษ์ดังกล่าวจะทําให้สีในแสงเปลี่ยนสีจากแหล่งแบ็คกราวด์ ทีมตรวจพบว่าไม่มีการเปลี่ยนสีในระหว่างเหตุการณ์เลนส์นี้ โดยแนะนําหลุมดําเดี่ยวเป็นแหล่งที่มา
ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปชี้ให้เห็นว่าปริมาณแสงที่เบี่ยงเบนไปนั้นขึ้นอยู่กับจํานวนแหล่งกําเนิดที่บิดเบี้ยวในอวกาศเวลา และการแปรปรวนนั้นถูกกําหนดโดยมวลของวัตถุ การเปรียบเทียบทั่วไปที่ใช้ในการแสดงให้เห็นนี้คือการวางลูกบอลของมวลต่างๆลงบนแผ่นยางที่ยืดออก ยิ่งมวลของลูกบอลมากเท่าไหร่รอยบุ๋มก็จะยิ่งใหญ่ขึ้นเท่านั้น
ดังนั้นด้วยการวัดปริมาณการโก่งตัวที่เกิดจากหลุมดําอย่างแม่นยําทีมจึงมาถึงการวัดมวลที่แม่นยําอย่างยิ่ง ภาพของดาวพื้นหลังถูกชดเชยจากตําแหน่งที่ปกติจะครอบครองบนท้องฟ้าเมื่อไม่มีวัตถุขนาดกะทัดรัดขนาดใหญ่เข้ามาแทรกแซงประมาณหนึ่งมิลลิวินาทีโดยเอฟเฟกต์ความโน้มถ่วงของหลุมดํานี้ บาคาร่า / 10 อันดับ
