เอกภพในยุคแรกเริ่มเป็นสถานที่ที่วุ่นวายซึ่งกาแลคซีมักจะชนกันและรวมเข้าด้วยกัน ด้วยการใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลของ NASA และหอสังเกตการณ์อวกาศและภาคพื้นดินอื่นๆ นักดาราศาสตร์ได้ค้นพบสิ่งที่ไม่คาดคิดและหายาก นั่นคือควาซาร์คู่หนึ่งซึ่งถูกยึดเหนี่ยวด้วยแรงโน้มถ่วง ทั้งสองดวงสว่างไสวอยู่ภายในกาแลคซีสองแห่งที่ควบรวมกัน พวกมันมีอยู่เมื่อเอกภพมีอายุเพียง 3 พันล้านปี
ผลการศึกษาใหม่ที่นำโดยนักวิจัยจาก University of Illinois Urbana-Champaign และ Johns Hopkins University ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature
นักวิจัยกล่าวว่าควอซาร์เป็นวัตถุสว่างที่ขับเคลื่อนโดยหลุมดำมวลมหาศาลที่ตะกละตะกลามและพ่นน้ำพุพลังงานอันรุนแรงออกมาขณะที่พวกมันกลืนตัวเองด้วยแก๊ส ฝุ่น และสิ่งอื่นใดที่อยู่ในเงื้อมมือของแรงโน้มถ่วง
“เราไม่ค่อยเห็นควาซาร์สองเท่าในช่วงแรกๆ ของเอกภพ และนั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมการค้นพบนี้จึงน่าตื่นเต้นมาก” นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Yu-Ching Chen จาก U. of I. ซึ่งเป็นผู้เขียน นำ ของ ศึกษา.
ภาพเข็มทิศนี้แสดงภาพถ่ายจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลของควาซาร์คู่หนึ่งที่เกิดขึ้นเมื่อเอกภพมีอายุเพียง 3 พันล้านปี
เอื้อเฟื้อรูปภาพ NASA, ESA, Yu-Ching Chen, Hsiang-Chih Hwang, Nadia Zakamska และ Yue Shen
มีหลักฐานเพิ่มมากขึ้นว่ากาแลคซีขนาดใหญ่ถูกสร้างขึ้นจากการควบรวม ระบบที่เล็กกว่ามารวมกันเพื่อสร้างระบบที่ใหญ่กว่าและโครงสร้างที่ใหญ่ขึ้นกว่าเดิม ในระหว่างกระบวนการนั้น หลุมดำมวลมหาศาลคู่หนึ่งก่อตัวขึ้นภายในกาแลคซีที่ควบรวมกัน “การรู้เกี่ยวกับจำนวนต้นกำเนิดของหลุมดำจะบอกเราเกี่ยวกับการเกิดขึ้นของหลุมดำมวลมหาศาลในเอกภพยุคแรก และการรวมตัวเหล่านั้นจะเกิดขึ้นบ่อยเพียงใด” เฉินกล่าว
“เรากำลังเริ่มเปิดเผยส่วนยอดของภูเขาน้ำแข็งของประชากรควอซาร์ยุคแรกเริ่ม” ซิน หลิว ศาสตราจารย์ ด้านดาราศาสตร์ ในรัฐอิลลินอยส์ และผู้ร่วมวิจัย กล่าว “นี่คือเอกลักษณ์ของการศึกษานี้ มันกำลังบอกเราว่าประชากรกลุ่มนี้มีอยู่จริง และตอนนี้เราก็มีวิธีการระบุควาซาร์คู่ที่แยกจากกันโดยมีขนาดน้อยกว่ากาแลคซีเดี่ยว”
นี่เป็นการค้นหาแบบงมเข็มในมหาสมุทรที่ต้องใช้พลังร่วมกันของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลของ NASA และหอดูดาว WM Keck ในฮาวาย หอสังเกตการณ์อวกาศ Gaia ของ European Space Agency ช่วยในการค้นพบ double quasar
“ความไวและความละเอียดของฮับเบิลทำให้ได้ภาพที่ช่วยให้เราแยกแยะความเป็นไปได้อื่นๆ สำหรับสิ่งที่เราเห็น” เฉินกล่าว ฮับเบิลแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่านี่คือหลุมดำมวลมหาศาลคู่แท้ แทนที่จะเป็นภาพควาซาร์เดียวกันสองภาพที่สร้างขึ้นโดยเอฟเฟกต์แสงของเลนส์ความโน้มถ่วงเบื้องหน้า และกล้องฮับเบิลแสดงลักษณะน้ำขึ้นน้ำลงจากการรวมตัวของสองดาราจักร โดยที่แรงโน้มถ่วงทำให้รูปร่างของดาราจักรบิดเบี้ยว เกิดเป็นดาวสองหาง
อย่างไรก็ตาม ความละเอียดที่คมชัดของฮับเบิลเพียงอย่างเดียวนั้นไม่ดีพอที่จะมองหาบีคอนแบบสองแสงเหล่านี้ นักวิจัยกล่าว ทีมงานได้เกณฑ์ Gaia ซึ่งเป็นดาวเทียมและภารกิจการวิจัยที่เปิดตัวในปี 2556 เพื่อระบุผู้สมัครที่มีศักยภาพสองเท่า ไกอาวัดตำแหน่ง ระยะทาง และการเคลื่อนที่ของวัตถุท้องฟ้าที่อยู่ใกล้เคียงได้อย่างแม่นยำมาก ควอซาร์ปรากฏเป็นวัตถุเดี่ยวในข้อมูลของไกอาเนื่องจากอยู่ใกล้กันมาก อย่างไรก็ตาม เครื่องมือของมันสามารถจับการกระตุกที่ละเอียดอ่อนและคาดไม่ถึงซึ่งเลียนแบบการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของควาซาร์บางส่วนที่สังเกตได้อย่างชัดเจน
ในความเป็นจริง ควอซาร์ไม่ได้เคลื่อนที่ผ่านอวกาศด้วยวิธีที่วัดได้แต่อย่างใด ทีมงานกล่าว การกระตุกของพวกมันอาจเป็นหลักฐานของการขึ้นลงของแสงแบบสุ่ม เนื่องจากสมาชิกแต่ละคู่ของควาซาร์จะมีความแตกต่างกันในด้านความสว่างในช่วงเวลาเป็นวันถึงเดือน ขึ้นอยู่กับตารางการให้อาหารของหลุมดำ การสลับความสว่างระหว่างคู่ควอซาร์นี้คล้ายกับการเห็นสัญญาณข้ามทางรถไฟจากระยะไกล เมื่อไฟทั้งสองด้านของสัญญาณหยุดนิ่งสลับกันกะพริบ สัญญาณดังกล่าวให้ภาพลวงตาของการกระตุก
ความท้าทายอีกประการหนึ่งคือ เนื่องจากแรงโน้มถ่วงทำให้อวกาศบิดเบี้ยวเหมือนกระจกเงา กาแล็กซีเบื้องหน้าสามารถแยกภาพของควอซาร์ที่อยู่ห่างไกลออกเป็นสองส่วน ทำให้เกิดภาพลวงตาว่ามันเป็นคู่เลขคู่จริงๆ กล้องโทรทรรศน์ Keck ถูกใช้เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีดาราจักรเลนส์ระหว่างโลกกับควอซาร์คู่ที่สงสัย
เนื่องจากกล้องฮับเบิลมองไปยังอดีตอันไกลโพ้น ควอซาร์คู่นี้จึงไม่มีอยู่อีกต่อไป ในช่วง 1 หมื่นล้านปีที่ผ่านมา กาแล็กซีโฮสต์ของพวกมันน่าจะตกลงเป็นกาแล็กซีทรงรีขนาดยักษ์ เช่นเดียวกับที่เห็นในเอกภพท้องถิ่นในปัจจุบัน และควอซาร์ได้รวมตัวกันเพื่อก่อตัวเป็นหลุมดำมวลมหาศาลขนาดมหึมาที่ใจกลางของมัน กาแล็กซีทรงรียักษ์ที่อยู่ใกล้เคียง M87 มีหลุมดำมหึมาซึ่งมีน้ำหนัก 6.5 พันล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ของเรา บางทีหลุมดำนี้อาจเติบโตจากการรวมตัวกันของดาราจักรหนึ่งแห่งหรือมากกว่านั้นในช่วงหลายพันล้านปีที่ผ่านมา นักวิจัยกล่าว
กล้องโทรทรรศน์อวกาศนาซา แนนซี เกรซ โรมัน ที่กำลังจะมีขึ้น ซึ่งมีความคมชัดเท่ากับกล้องฮับเบิล เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการล่าควอซาร์แบบไบนารี ฮับเบิลถูกใช้เพื่อบันทึกข้อมูลอย่างระมัดระวังจากเป้าหมายแต่ละราย แต่มุมมองอินฟราเรดมุมกว้างมากของเอกภพของโรมันนั้นใหญ่กว่าของฮับเบิลถึง 200 เท่า “ควาซาร์จำนวนมากอาจเป็นระบบเลขฐานสอง กล้องโทรทรรศน์โรมันสามารถปรับปรุงพื้นที่วิจัยนี้ได้อย่างมาก” หลิวกล่าว
กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลเป็นความร่วมมือระหว่างประเทศระหว่าง NASA และ ESA ศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ดของ NASA ในเมืองกรีนเบลท์ รัฐแมรี่แลนด์ เป็นผู้บริหารจัดการกล้องโทรทรรศน์ สถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศในเมืองบัลติมอร์ รัฐแมริแลนด์ ดำเนินการด้านวิทยาศาสตร์ของฮับเบิลและเวบบ์ STScI ดำเนินการสำหรับ NASA โดยสมาคมมหาวิทยาลัยเพื่อการวิจัยดาราศาสตร์ในกรุงวอชิงตัน ดี.ซี
