วัตถุแปลกใหม่พลังเท่าดาวพันล้านดวง: คำตอบลึกลับแดงในจักรวาลยุคแรก

ลึกลับแดงคืออะไร และทำไมต้องสนใจตั้งแต่วินาทีแรก

ลึกลับแดงคือลูกไฟสีแดงเล็กๆ ที่เห็นในภาพถ่ายจากกล้องจักรวาล James Webb เป็นวัตถุสว่างจ้าในจักรวาลยุคแรกที่มีสเปกตรัมคล้ายดาวเย็นแต่ส่องสว่างรุนแรงผิดปกติ จนกลายเป็นปริศนาว่ามันคือดาวดวงยักษ์ กาแล็กซีแรกเริ่ม หรือหลุมดำที่ซ่อนตัวอยู่ในก้อนแก๊สขนาดมหึมา และคำตอบของปริศนานี้อาจเชื่อมกับการถือกำเนิดของกาแล็กซีอย่างรวดเร็วเกินคาดในเอกภพวัยเยาว์

กล้องจักรวาล James Webb เริ่มปฏิบัติงานในปี 2022 และแทบจะทันทีที่เปิดตาออกสู่ท้องฟ้า มันก็เจอลจุดเล็กสีแดงสว่างจำนวนมากในจักรวาลยุคแรกที่นักดาราศาสตร์ขนานนามว่า “little red dots” ซึ่งพบได้บ่อยที่ค่าการเลื่อนแดงบ่งชี้ว่าเกิดขึ้นราว 13.2 ถึง 12.2 พันล้านปีก่อน ลักษณะของแสงดูไม่เหมือนเควซาร์ที่ขับเคลื่อนด้วยหลุมดำมวลยิ่งยวด เพราะแทบไม่มีร่องรอยรังสีเอกซ์ ทำให้นักวิทยาศาสตร์ต้องยอมรับว่ากฎเกณฑ์ที่ใช้กับหลุมดำสมัยหลัง อาจใช้ไม่ได้กับเอกภพวัยทารกอีกต่อไป

ดาวดำแรก: ดาวหน้าตาดาวแต่หัวใจคือหลุมดำ

คำอธิบายที่กล้าหาญที่สุดสำหรับลึกลับแดงคือแนวคิด “ดาวดำแรก” หรือ black hole star วัตถุชนิดนี้ถูกเสนอว่าเป็นก้อนแก๊สยักษ์ขนาดราวระบบสุริยะที่ถูกให้พลังจากหลุมดำมวลมหาศาลตรงกลาง แทนที่จะเป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันเหมือนดาวทั่วไป แสงที่เราเห็นจึงเป็นเหมือนดาวที่ถูกทำให้พองตัวจากข้างในโดยเครื่องยนต์ระดับหลุมดำ มากกว่าจะเป็นดาวธรรมดาที่กำลังเผาแกนของตัวเองอยู่

การค้นพบดาวดำแรกที่ไกลที่สุดจนถึงตอนนี้คือวัตถุชื่อ MoM‑BH*-1 จากโปรแกรมสำรวจ Mirage หรือ Miracle (MoM) ของกล้องจักรวาล James Webb ซึ่งออกแบบมาเพื่อไล่ล่าวัตถุ “เสี่ยง” ที่อาจเป็นทั้งการค้นพบสุดยอดหรือแค่ดาวเย็นใกล้ๆ ที่ดูคล้ายกาแล็กซีไกล สิ่งที่ทีมค้นพบกลับกลายเป็นตัวอย่างชัดเจนที่สุดของ “ดาวดำแรกเปลือย” เพราะมันไม่อยู่ในกาแล็กซีที่กำลังก่อตัว แต่โดดเดี่ยว ทำให้แสงทั้งหมดมาจากการกินมวลของหลุมดำภายในก้อนแก๊สโดยตรง

พลังงานเท่าดาวพันล้านดวง: เมื่อดวงดาวธรรมดาอธิบายไม่ไหว

สิ่งที่ทำให้นักดาราศาสตร์ต้องหันมามองดาวดำแรกอย่างจริงจังคือระดับพลังงานที่ไม่มีดาวธรรมดาดวงไหนอธิบายได้ วัตถุที่ถูกตีความว่าเป็นดาวดำแรกนี้ดูเหมือนดาวขนาดเท่าระบบสุริยะ แต่ปล่อยพลังงานมากกว่าดาวทั่วไปถึงหนึ่งแสนล้านเท่า ข้อเท็จจริงนี้บีบให้ยอมรับว่ากลไกพลังงานต้องมาจากหลุมดำที่ดูดกลืนมวลและปล่อยพลังงานออกมาเหมือนเครื่องจักรคอสมิก มากกว่าจะเป็นหัวใจดาวที่หลอมไฮโดรเจน

ทีมวิจัยพบว่าที่ความยาวคลื่นบางช่วง แสงจากวัตถุชนิดนี้หายไปอย่างสิ้นเชิง ไม่ใช่เพราะฝุ่นเหมือนที่เราเคยโทษกัน แต่เป็นเพราะถูกดูดกลืนด้วยก๊าซไฮโดรเจนหนาทึบ นั่นหมายความว่า “สีแดง” ที่เราเห็นไม่ได้มาจากหมอกฝุ่น แต่เป็นลายเซ็นของก๊าซที่ถูกเร้าโดยแสงภายในแบบเดียวกับชั้นนอกของดวงอาทิตย์ที่สว่างเพราะพลังงานจากแกนกลาง ตามคำของผู้นำทีมคนหนึ่ง “You can't be powering this by nuclear fusion,” เพราะตัวเลขพลังงานไม่เข้ากับสมการดาวธรรมดาอีกต่อไป

จากลึกลับแดงสู่หัวใจทางช้างเผือก: จักรวาลยุคแรกเร่งเครื่องอย่างไร

ปริศนาที่ผลักให้เกิดการสำรวจลึกลับแดงคือคำถามว่าทำไมกล้องจักรวาล James Webb จึงพบกาแล็กซีสว่างในจักรวาลยุคแรกมากกว่าที่ทฤษฎีคาดไว้หลายเท่า นักดาราศาสตร์เริ่มพบว่าลึกลับแดงจำนวนหนึ่งซ่อนอยู่กลางกาแล็กซีอ่อนวัยที่แสงเดินทางราว 12 พันล้านปีมาถึงเรา แนวคิดที่กำลังเป็นที่ยอมรับคือ ลึกลับแดงเหล่านี้คือช่วงวัยหนึ่งของแกนกาแล็กซีที่มีหลุมดำมวลยิ่งยวดกำลังเติบโต กล่าวอีกอย่างคือมันอาจเป็น “วัยรุ่น” ของเควซาร์ที่เรารู้จักในจักรวาลยุคหลัง และมีความเป็นไปได้สูงว่าแม้แต่ดาราจักรของเราก็เคยเป็นลึกลับแดงมาก่อน

การค้นพบกาแล็กซีที่มีแกนสีแดงแบบลึกลับแดง เช่น วัตถุที่ได้ชื่อเล่นว่า Saguaro ซึ่งมีแขนเกลียวสวยงามล้อมแกนสีแดง แสดงให้เห็นว่าเราเริ่มเห็น “ทายาท” ของลึกลับแดงแล้ว นั่นหมายความว่าเรื่องราวช่วงกลางและปลายชีวิตของลึกลับแดงเริ่มชัดขึ้น แม้ช่วงกำเนิดจะยังคลุมเครืออยู่ แต่ห่วงโซ่เหตุการณ์จากเมล็ดหลุมดำมวลมหาศาลสู่แกนกาแล็กซีที่เราคุ้นเคยกำลังเป็นรูปเป็นร่าง

บางสิ่งสุดยอดต้องเกิดขึ้นในเอกภพวัยเยาว์

เป้าหมายใหญ่ของกล้องจักรวาล James Webb ตั้งแต่ก่อนปล่อยขึ้นสู่อวกาศคือการหาคำตอบว่าหลุมดำมวลยิ่งยวดเกิดขึ้นก่อนหรือหลังกาแล็กซีที่โอบล้อมมัน ลึกลับแดงและดาวดำแรกอย่าง MoM‑BH*-1 กลายเป็นชิ้นส่วนสำคัญในปริศนานี้ เพราะมันแสดงให้เห็นว่าหลุมดำขนาดยักษ์สามารถเกิดขึ้นได้ภายใน 660 ล้านปีหลังบิ๊กแบง และอาจทำหน้าที่เป็น “เมล็ด” เร่งการก่อตัวของกาแล็กซีจนส่องสว่างเร็วกว่าที่แบบจำลองโบราณยอมรับ

แม้ลึกลับแดงจะถูกค้นพบเพียงไม่กี่ปี งานวิจัยเกี่ยวกับพวกมันและดาวดำแรกกลับเร่งความเร็วอย่างเห็นได้ชัด มีผลงานใหม่แทบทุกสัปดาห์ หนึ่งในนักวิจัยสรุปภาพรวมออกมาอย่างตรงไปตรงมาว่า “Something spectacular must have happened in the early universe” และนี่คือจุดที่เราควรถามตนเองใหม่ว่า เราอาจประเมินความกล้าและความเร็วของธรรมชาติในช่วงแรกกำเนิดเอกภพต่ำไปมากเพียงใด หากดาวที่ดูเหมือนดาวแต่มีหัวใจเป็นหลุมดำคือคำตอบ ก็ถึงเวลาที่เราต้องยอมให้ทฤษฎีปรับตามจักรวาล ไม่ใช่ให้จักรวาลปรับตามทฤษฎี