หลาย ๆ คนคงจะทราบดีแล้วว่าเซลล์ต่าง ๆ ในร่างกายของเรานั้นส่วนใหญ่จะมีนิวเคลียส (nucleus) อยู่เป็นองค์ประกอบ แต่คุณรู้หรือไม่ว่าใจกลางกาแล็กซีของเรานั้นก็มีสิ่งที่เหมือนกับนิวเคลียสของเซลล์อยู่เหมือนกัน และสิ่งนั้นก็เรียกว่า “นิวเคลียสดาราจักรกัมมันต์” (Active Galactic Nucleus: AGN)

          นักดาราศาสตร์ค้นพบว่าในหลาย ๆ กาแล็กซีนั้นมักจะมีใจกลางของกาแล็กซีที่มีกำลังส่องสว่างที่ค่อนข้างมาก ในบ้างครั้งก็อาจจะสว่างยิ่งกว่าส่วนที่เหลือทั้งหมดของกาแล็กซีเลยด้วยซ้ำ พวกเขาเลยตั้งชื่อให้บริเวณส่วนกลางของกาแล็กซีว่า Active Galactic Nucleus หรือเรียกสั้น ๆ ว่า AGN ซึ่งสิ่งที่น่าแปลกใจก็คือพลังงานและความสว่างที่เกิดจาก AGN นั้นไม่ได้มาจากดาวฤกษ์เป็นส่วนใหญ่ (ดาวฤกษ์ปลดปล่อยพลังงานในรูปของการแผ่รังสีความร้อน และมีสเปกตรัมที่เป็นไปตามกฎของพลังค์) แต่ว่าเราสามารถพบการปลดปล่อยพลังงานออกมาได้ในทุกช่วงของความยาวคลื่น ตั้งแต่ช่วงคลื่นรังสีแกมมาที่มีความถี่มากที่สุด (ความยาวคลื่นต่ำ) ไปจนถึงช่วงคลื่นวิทยุที่มีความถี่น้อยที่สุด (ความยาวคลื่นสูง) ซึ่ง AGN นั้นถือเป็นวัตถุพลังงานสูงที่มีกระบวนการในการสร้างพลังงานมหาศาลออกมาได้

          กาแล็กซีที่มีการปลดปล่อยพลังงานสูงนั้นถูกค้นพบมาตั้งแต่สมัยปี ค.ศ. 1908 แล้ว แต่ในปี ค.ศ. 1943 คาร์ล เค เซย์เฟิร์ต (Carl K. Seyfert) ได้ตีพิมพ์งานวิจัยของเขาว่าด้วยกาแล็กซีชนิดใหม่นั่นก็คือ Seyfert galaxy โดยกาแล็กซีชนิดนี้ที่ใจกลางนั้นมีการปลดปล่อยพลังงานที่ค่อนข้างสูงมาก อ้างอิงจากเส้นสเปกตรัมที่ได้จากใจกลางของกาแล็กซีนั้น พบว่าสเปกตรัมนั้นเป็นสเปกตรัมการปลดปล่อยพลังงานของอะตอมในสภาวะกระตุ้นสูง (อะตอมพลังงานสูงที่อิเล็กตรอนหลุดออกไป) นอกจากนี้ยังพบว่าเส้นสเปกตรัมพวกนี้ยังมีความกว้างเพิ่มขึ้นด้วย ความกว้างที่เกิดขึ้นในเส้นสเปกตรัมนั้น เมื่อนำไปพิจารณาด้วยปรากฏการณ์ดอพเพลอร์ (Doppler Effect) ก็จะทำให้ทราบต่อไปอีกว่าอะตอมพวกนี้เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงถึงประมาณ 8,500 กิโลเมตร/ชั่วโมงเลยทีเดียว ซึ่งทั้งหมดทั้งมวลนี้ทำให้บอกได้เลยว่าที่ใจกลางกาแล็กซีหรือ AGN นี้จะต้องมีอะไรที่ทรงพลังบางอย่างอยู่แน่ ๆ

ภาพที่ 1 ภาพกาแล็กซี NGC 7742 ซึ่งเป็นกาแล็กซีประเภท Seyfert 2 หนึ่งในกาแล็กซีที่มี AGN
ที่มา https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Seyfert_Galaxy_NGC_7742.jpg, Hubble Heritage Team (AURA/STScI/NASA/ESA)

          แต่ว่าอะไรคือสิ่งที่อยู่ใจกลางของ AGN กันละ? คำตอบก็คือหลุมดำมวลยิ่งยวด (SMBH) นั่นเอง คำถามต่อไปก็คือนักดาราศาสตร์รู้ได้อย่างไรว่ามันคือหลุมดำ? คำตอบก็คือ เพราะจากระดับของพลังงานที่พบนั้น ปรากฏการณ์เหล่านี้จะต้องเกิดขึ้นโดยมีผลมาจากแรงโน้มถ่วงมหาศาล และการที่กำลังส่องสว่างของพวกมันนั้นมีการเปลี่ยนแปลงที่รวดเร็วมาก (ชั่วโมง หรือ นาที) ทำให้ทราบว่าวัตถุหรือกลุ่มก้อนนั้นจะต้องมีขนาดที่เล็ก เหตุผลเหล่านี้นำไปสู่ข้อสรุปที่ว่า AGN นั้นจะต้องประกอบด้วยหลุมดำมวลยิ่งยวด

         โครงสร้างของ AGN

          ตัวของ AGN นั้นไม่ได้มีเพียงแค่หลุมดำมวลยิ่งยวดโดด ๆ เพียงอย่างเดียว แต่ตัวหลุมดำมวลยิ่งยวดนั้นเป็นตัวการที่ทำให้เกิดโครงสร้างอื่น ๆ ที่ประกอบขึ้นเป็น AGN

ภาพที่ 2 ภาพโครงสร้างของ AGN
ที่มา https://imagine.gsfc.nasa.gov/science/objects/images/agn_structure.png, Aurore Simonnet, Sonoma State University

1. จานรวมมวล หรือ Accretion disc เกิดจากการที่แก๊สรอบ ๆ หลุมดำนั้นรวมตัวกันรอบ ๆ หลุมดำก่อนที่มันจะตกเข้าไปในหลุมดำ เนื่องจากแก๊สรอบ ๆ หลุมดำนั้นไม่ได้ตกตรงดิ่งเข้าไปในหลุมดำเลย แต่พวกมันจะวิ่งวนรอบหลุมดำด้วยความเร็วที่สูงมาก แต่แก๊สเหล่านั้นก็จะเสียดสีกันทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงจากพลังงานจลน์ไปเป็นพลังงานความร้อน นอกจากนี้การเสียดสียังส่งผลให้อัตราการตกเข้าหลุมดำนั้นลดลงอีกด้วย

2. Relativistic Jet คือ jet พลังงานสูงที่ถูกปล่อยออกมาจากตัว SMBH ที่ขั้วทั้ง 2 ขั้ว ตัว jet นั้นไปประกอบไปด้วยอนุภาคความเร็วสูงใกล้แสง แต่ว่าการเกิดและองค์ประกอบของ jet นั้นยังไม่เป็นที่ยืนยันแน่ชัดจนถึงปัจจุบัน

แหล่งที่มา

Alan Smale. (December 2016). Active Galaxies. Retrieved June 12, 2020, From: https://imagine.gsfc.nasa.gov/science/objects/active_galaxies1.html

Swinburne University of Technology. Active Galactic Nuclei Retrieved June 12, 2020, From: https://astronomy.swin.edu.au/cosmos/A/Active+Galactic+Nuclei

NASA's HEASARC. (06 April 2006). Introduction to Active Galactic Nuclei. Retrieved June 12, 2020, From: https://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/objects/agn/agntext.html