นักดาราศาสตร์อินเดียพบกาแล็กซีวิทยุแห่งแรกที่มีวัฏจักรกิจกรรมของหลุมดำ 4 รอบ

เจ็ต 4 รุ่นในกาแล็กซีขนาดมหึมา

กาแล็กซีที่ทอดยาวราว 4.2 ล้านปีแสงแห่งนี้เก็บหลักฐานของกิจกรรม 4 ช่วงที่แยกจากกันรอบหลุมดำมวลยิ่งยวดใจกลางกาแล็กซี ทำให้นักดาราศาสตร์มีบันทึกอันยาวนานอย่างผิดปกติของเครื่องยนต์จักรวาลที่ดับลงแล้วเริ่มทำงานอีกครั้ง

นักวิจัยจากสถาบันวิทยาศาสตร์ศึกษาและวิจัยแห่งอินเดีย (IISER) เมืองปูเน และศูนย์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์วิทยุแห่งชาติ (NCRA-TIFR) ระบุลักษณะการแผ่คลื่นวิทยุสว่าง 4 คู่ในกาแล็กซีรูปตัว S ชื่อ J023721.13-010528.5 แต่ละคู่สัมพันธ์กับเจ็ตคนละรุ่น ซึ่งเป็นกระแสอนุภาคพลังงานสูงที่พุ่งออกจากบริเวณรอบหลุมดำ

ทีมวิจัยระบุว่านี่เป็นกาแล็กซีวิทยุแห่งแรกที่พบหลักฐานของกิจกรรมลักษณะนี้ถึง 4 ช่วง จากกาแล็กซีวิทยุหลายหมื่นแห่งที่นักดาราศาสตร์ศึกษา ส่วนใหญ่แสดงกิจกรรมของเจ็ตครั้งใหญ่เพียงช่วงเดียว ก่อนหน้านี้พบเพียง 6 แห่งที่มีหลักฐานของกิจกรรม 3 ช่วง

การศึกษานี้นำโดยปาวัน คาเดการ์ นักศึกษาปริญญาเอกจาก IISER เมืองปูเน ภายใต้คำแนะนำของธารัม วีร์ ลาล จาก NCRA-TIFR และรามานา อาเทรยา จาก IISER เมืองปูเน ผลการศึกษามีกำหนดตีพิมพ์ในวารสาร The Astrophysical Journal เมื่อวันที่ 21 ตุลาคม 2026

วัฏจักรกิจกรรมของหลุมดำหมายถึงอะไร?

หลุมดำมวลยิ่งยวดอาจมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์หลายล้านหรือหลายพันล้านเท่า สสารที่รวมตัวอยู่รอบหลุมดำอาจก่อตัวเป็นกระแสร้อนที่หมุนวน พลังงานบางส่วนที่ปลดปล่อยจากบริเวณโดยรอบสามารถขับเคลื่อนเจ็ตให้พุ่งไปไกลเกินกว่าตัวกาแล็กซีเจ้าบ้านที่มองเห็นได้

นักดาราศาสตร์เรียกกาแล็กซีว่า “กาแล็กซีวิทยุ” เมื่อโครงสร้างที่สัมพันธ์กับกิจกรรมนี้แผ่คลื่นวิทยุออกมาอย่างเข้มข้น กล้องโทรทรรศน์วิทยุตรวจจับรังสีดังกล่าว เผยให้เห็นลักษณะที่ภาพถ่ายทั่วไปในแสงที่มองเห็นอาจบันทึกไม่ได้

เจ็ตอาจทำงานต่อเนื่องนานหลายล้านปีก่อนจะจางลง หากเริ่มทำงานอีกครั้งในภายหลัง ก็อาจปล่อยเจ็ตคู่ใหม่ออกมา ขณะที่โครงสร้างเก่ายังคงตรวจจับได้อยู่ไกลออกไป กาแล็กซีจึงอาจเก็บกิจกรรมหลายรุ่นไว้พร้อมกัน คล้ายร่องรอยที่เกิดขึ้นต่อเนื่องบนภูมิประเทศ ซึ่งบันทึกเหตุการณ์จากคนละช่วงเวลา

ข้อค้นพบสำคัญใน J023721.13-010528.5 คือการพบเจ็ต 4 รุ่นในระบบเดียวกัน หลุมดำยังคงอยู่ที่เดิมตลอดช่วงกิจกรรมเหล่านี้ สิ่งที่เปลี่ยนไปคือกิจกรรมของสสารรอบหลุมดำและเจ็ตที่มันขับเคลื่อน

ทีมวิจัยสร้างประวัติของกาแล็กซีขึ้นมาได้อย่างไร

คาเดการ์และคณะรวบรวมข้อมูลสังเกตการณ์จากกล้องโทรทรรศน์วิทยุ Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) ของอินเดีย กล้อง Very Large Array ในสหรัฐฯ และกล้องโทรทรรศน์ MeerKAT ของแอฟริกาใต้ ข้อมูลเหล่านี้ช่วยให้ทีมศึกษารูปแบบการแผ่คลื่นวิทยุที่กว้างใหญ่ของกาแล็กซี และแยกลักษณะที่เชื่อมโยงกับกิจกรรมคนละช่วงออกจากกันได้

หลักฐานสำคัญคือบริเวณฮอตสปอต 4 คู่ ฮอตสปอตคือบริเวณสว่างที่สัมพันธ์กับเจ็ต ซึ่งมักเป็นจุดที่กระแสสสารความเร็วสูงถ่ายเทพลังงานไปยังสสารโดยรอบ บริเวณเหล่านี้ช่วยให้นักดาราศาสตร์ติดตามได้ว่าเจ็ตเคลื่อนที่ไปอย่างไรและมีปฏิสัมพันธ์กับสภาพแวดล้อมอย่างไร

ฮอตสปอต 4 คู่หมายถึงบริเวณสว่าง 8 แห่งที่จัดเป็น 4 ชุดซึ่งสัมพันธ์กัน การจับคู่มีความสำคัญ เพราะโดยทั่วไปเจ็ตจะพุ่งออกจากบริเวณใจกลางไปในทิศทางตรงข้ามกัน นักวิจัยตีความว่าทั้ง 4 ชุดเป็นหลักฐานของเจ็ตคนละรุ่น ไม่ใช่กิจกรรมต่อเนื่องเพียงช่วงเดียว

ในตอนแรก อาเทรยาไม่เชื่อว่ากาแล็กซีเข้าสู่กิจกรรมระยะที่ 4 แล้ว แม้ลาลจะยืนกราน เขากล่าวว่าต้องใช้เวลารวบรวมหลักฐานที่น่าเชื่อถือ การตรวจสอบอย่างรอบคอบนี้เป็นหัวใจสำคัญของข้อค้นพบ เพราะการระบุเจ็ตรุ่นที่ 4 ต้องอาศัยการพิสูจน์ว่าโครงสร้างที่สังเกตพบเชื่อมโยงกันอย่างไร

ประวัติที่วัดได้ในระดับหลายล้านปี

อายุโดยประมาณของฮอตสปอตแต่ละรุ่นอยู่ระหว่างราว 6 ล้านถึง 21 ล้านปี นักวิจัยยังประเมินว่ากิจกรรมช่วงล่าสุดเริ่มขึ้นเมื่อไม่กี่ล้านปีก่อน ตัวเลขเหล่านี้สะท้อนประวัติที่สร้างขึ้นใหม่จากการแผ่คลื่นวิทยุของกาแล็กซี ไม่ใช่การเปลี่ยนแปลงที่เฝ้าสังเกตได้ตลอดช่วงชีวิตมนุษย์

ลำดับเหตุการณ์โดยสรุปมีดังนี้:

• ราว 21 ล้านปีก่อน: อายุโดยประมาณช่วงเก่าที่สุดของเจ็ตแต่ละรุ่นที่สังเกตพบ
• ราว 6 ล้านปีก่อน: อายุโดยประมาณช่วงใหม่ที่สุดของช่วงเวลาดังกล่าว
• ไม่กี่ล้านปีก่อน: จุดเริ่มต้นโดยประมาณของกิจกรรมช่วงที่ 4 ซึ่งเป็นช่วงล่าสุด
• 21 ตุลาคม 2026: วันที่รายงานว่าผลการศึกษาตีพิมพ์ในวารสาร The Astrophysical Journal

ช่วงอายุที่ระบุครอบคลุมราว 15 ล้านปี ตั้งแต่ค่าที่เก่าที่สุดถึงค่าที่ใหม่ที่สุด ตัวเลขนี้ช่วยให้เห็นความยาวนานของประวัติที่บันทึกไว้ แม้นักวิจัยยังไม่ได้ให้ลำดับเวลาโดยละเอียดของการเริ่มทำงานใหม่แต่ละครั้ง หรือช่วงที่กิจกรรมสงบลงระหว่างนั้น

นักดาราศาสตร์ประเมินอายุของโครงสร้างคลื่นวิทยุจากคุณสมบัติทางกายภาพและแบบจำลองการเปลี่ยนแปลงของโครงสร้าง อนุภาคพลังงานสูงเปลี่ยนแปลงไปขณะปล่อยรังสีและเคลื่อนที่ ทิ้งร่องรอยไว้ในสัญญาณวิทยุ อายุที่คำนวณได้จึงเป็นค่าประมาณ และควรทำความเข้าใจลำดับเหตุการณ์ในระดับหลายล้านปี

เหตุใดกิจกรรม 4 ช่วงจึงทำให้กาแล็กซีแห่งนี้โดดเด่น

J023721.13-010528.5 เพิ่มบทที่ 4 ให้กับประวัติประเภทที่นักดาราศาสตร์แทบไม่เคยติดตามได้ครบแม้แต่ 3 ช่วง กาแล็กซี 6 แห่งที่เคยพบว่ามีกิจกรรม 3 ช่วงเป็นตัวอย่างของการเกิดกิจกรรมซ้ำ ส่วนวัตถุนี้แสดงลำดับที่สังเกตได้ต่อเนื่องไปอีกหนึ่งรุ่น

ขนาดของกาแล็กซีทำให้บันทึกนี้น่าทึ่งเป็นพิเศษ ปีแสงคือระยะทางที่แสงเดินทางได้ในหนึ่งปี ดังนั้นระยะ 4.2 ล้านปีแสงจึงหมายความว่าแสงต้องใช้เวลาราว 4.2 ล้านปีในการเดินทางข้ามระยะดังกล่าว ในที่นี้ ขนาดที่ระบุหมายถึงกาแล็กซีและโครงสร้างการแผ่คลื่นวิทยุอันมหึมาของมัน

รูปร่างคล้ายตัว S เป็นอีกส่วนหนึ่งของโครงสร้างที่สังเกตได้ งานศึกษาระบุรูปร่างนี้ควบคู่ไปกับฮอตสปอตหลายคู่ แต่รายงานการค้นพบไม่ได้ระบุสาเหตุของแนวโค้งดังกล่าว การอธิบายรูปร่างและการสร้างลำดับวัฏจักรกิจกรรมขึ้นใหม่เป็นโจทย์ที่เกี่ยวข้องกัน และต้องพิจารณาการจัดเรียงของลักษณะการแผ่คลื่นวิทยุ

คุณค่าทางวิทยาศาสตร์อยู่ที่การพบกิจกรรมหลายช่วงต่อเนื่องกันรอบเครื่องยนต์ใจกลางเดียวกัน นักวิจัยสามารถเปรียบเทียบเจ็ตแต่ละรุ่นภายในกาแล็กซีเดียวกัน ซึ่งมีทั้งกาแล็กซีเจ้าบ้านและสภาพแวดล้อมโดยรอบร่วมกัน แทนที่จะอาศัยการเปรียบเทียบระหว่างวัตถุคนละแห่งเพียงอย่างเดียว

เจ็ตกำลังอ่อนลงหรือสั้นลงหรือไม่?

นักวิจัยเสนอว่าเจ็ตอาจสูญเสียกำลัง ทำงานต่อเนื่องสั้นลง หรือเกิดทั้งสองอย่างในแต่ละช่วงที่ตามมา การพบเจ็ต 4 รุ่นเปิดโอกาสให้ศึกษาความเป็นไปได้นี้ได้มากกว่ากาแล็กซีที่มองเห็นการเริ่มทำงานใหม่เพียงครั้งเดียว

กำลังและระยะเวลาเป็นคนละเรื่องกัน เจ็ตที่มีกำลังน้อยกว่าจะส่งพลังงานได้ช้ากว่า ส่วนกิจกรรมที่สั้นลงจะส่งพลังงานเป็นระยะเวลาน้อยกว่า การเปลี่ยนแปลงอย่างใดอย่างหนึ่งอาจส่งผลต่อโครงสร้างที่หลงเหลืออยู่ ขณะที่ก๊าซโดยรอบก็มีผลต่อการขยายตัวและการจางลงของเจ็ตได้เช่นกัน

ข้อเสนอนี้จึงเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานที่หลุมดำปล่อยออกมาในกิจกรรมแต่ละช่วง การค้นพบนี้เปิดโอกาสให้นักวิจัยศึกษารูปแบบดังกล่าวในระบบที่มีทั้งซากโครงสร้างเก่าและโครงสร้างที่เกิดขึ้นใหม่ให้เปรียบเทียบกัน

ยังไม่ทราบสาเหตุที่กิจกรรมหยุดลงและเริ่มต้นใหม่ซ้ำ ๆ สสารที่เดินทางเข้าสู่บริเวณใจกลางเป็นแหล่งพลังงานขับเคลื่อนเจ็ต ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงของปริมาณสสารที่ไหลเข้าจึงเกี่ยวข้องกับการทำความเข้าใจวัฏจักรนี้ การระบุสิ่งที่เกิดขึ้นในกาแล็กซีแห่งนี้จำเป็นต้องศึกษาโครงสร้างคลื่นวิทยุและสภาพแวดล้อมของมันเพิ่มเติม

หอดูดาว 3 แห่ง บันทึกชุดเดียวกัน

การค้นพบนี้อาศัยข้อมูลสังเกตการณ์จากเครื่องมือบน 3 ทวีป ข้อมูลคลื่นวิทยุจากเครื่องมือแต่ละชนิดช่วยให้นักวิจัยศึกษาทั้งลักษณะที่สว่างและมีขนาดกะทัดรัด ตลอดจนการแผ่รังสีจาง ๆ ที่กระจายอยู่ในวงกว้าง สำหรับกาแล็กซีที่มีกิจกรรมหลายรุ่น การตรวจพบร่องรอยเก่าเหล่านี้เป็นสิ่งจำเป็นต่อการสร้างประวัติขึ้นใหม่

คาเดการ์ นักวิจัยระดับปริญญาเอกจาก IISER เมืองปูเน ซึ่งเป็นผู้นำการศึกษา กล่าวถึงการใช้ข้อมูลจากหอดูดาวเพื่อสนับสนุนงานวิจัยว่า:

"กล้องโทรทรรศน์วิทยุหลายแห่งเปิดให้ผู้วิจัยทั่วโลกเข้าถึงข้อมูลได้โดยไม่เสียค่าใช้จ่าย แนวทางความร่วมมือของหอดูดาวช่วยให้การศึกษาครอบคลุมยิ่งขึ้นและใช้ข้อมูลได้อย่างมีประสิทธิภาพ นักวิทยาศาสตร์ต่างคนกันสามารถใช้ข้อมูลสังเกตการณ์ชุดเดียวกันเพื่อศึกษาคำถามที่แตกต่างกันได้" คาเดการ์กล่าว

การผสานข้อมูลจาก GMRT, Very Large Array และ MeerKAT แสดงให้เห็นแนวทางดังกล่าว ข้อมูลสังเกตการณ์วิทยุที่เก็บรวบรวมเพื่อการศึกษาหนึ่งอาจมีหลักฐานที่เป็นประโยชน์ต่องานวิจัยอีกชิ้นด้วย รวมถึงโครงสร้างจาง ๆ ที่เห็นความสำคัญได้ชัดเจนขึ้นเมื่อนำไปพิจารณาร่วมกับข้อมูลอื่น

การศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับกาแล็กซีลักษณะคล้ายกันอาจช่วยระบุได้ว่ากิจกรรมที่เกิดซ้ำพบบ่อยเพียงใด และเจ็ตในช่วงหลังมักมีกำลังน้อยลงหรือทำงานสั้นลงหรือไม่ สำหรับตอนนี้ J023721.13-010528.5 เป็นตัวอย่างที่พบได้ยากซึ่งมีเจ็ต 4 รุ่นให้ศึกษา และช่วยขยายประวัติการเกิดกิจกรรมซ้ำของหลุมดำให้ยาวไกลกว่าตัวอย่างที่เคยรู้จัก

ประเด็นสำคัญ

• นักวิจัยจาก IISER เมืองปูเน และ NCRA-TIFR ระบุกาแล็กซีวิทยุแห่งแรกที่มีหลักฐานของกิจกรรมหลุมดำแยกกัน 4 ช่วง
• กาแล็กซีรูปตัว S ชื่อ J023721.13-010528.5 ทอดยาวราว 4.2 ล้านปีแสง
• ฮอตสปอต 4 คู่เผยร่องรอยเจ็ตคนละรุ่น โดยมีอายุประมาณ 6 ล้านถึง 21 ล้านปี
• กิจกรรมช่วงล่าสุดน่าจะเริ่มขึ้นเมื่อไม่กี่ล้านปีก่อน
• ทีมวิจัยรวบรวมข้อมูลจากกล้อง GMRT ของอินเดีย กล้อง Very Large Array ในสหรัฐฯ และกล้องโทรทรรศน์ MeerKAT ของแอฟริกาใต้
• นักวิจัยเสนอว่าเจ็ตที่เกิดขึ้นต่อเนื่องกันอาจมีกำลังน้อยลงหรือทำงานสั้นลง แต่ยังไม่ทราบสาเหตุที่กิจกรรมหยุดลงและเริ่มต้นใหม่ซ้ำ ๆ