JWST อาจเจอกระจุกดาวต้นกำเนิดเมล็ดหลุมดำมวลหนักในกาแลคซียุคแรก

JWST ถ่ายภาพกระจุกดาวหนาแน่นในกาแลคซียุคแรกสองแห่งคือ Cosmic Gems arc (เมื่อจักรวาลอายุราว 460 ล้านปี) และ Firefly Sparkle (ราว 600 ล้านปีหลังบิกแบง) งานวิจัยใหม่โดย Viola Bocchi จาก Sapienza University of Rome ตีพิมพ์ใน Astronomy and Astrophysics ชี้ว่ากระจุกดาวพวกนี้อาจเป็นจุดกำเนิดของหลุมดำมวลปานกลาง (IMBH) ซึ่งเป็น "เมล็ด" ตั้งต้นของหลุมดำมวลยิ่งยวด (SMBH) ที่อยู่กลางกาแลคซีต่างๆ ทุกวันนี้

นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์รู้ว่า SMBH บางดวงมีมวลหลายพันล้านเท่าดวงอาทิตย์ แต่ยังไม่รู้ว่าเมล็ดตั้งต้นเกิดที่ไหน ทีมวิจัยใช้แบบจำลองการชนกันของดาวในกระจุก (runaway collision) คำนวณจากกระจุกดาวที่ JWST พบ ซึ่งมีมวลราว 10^5-10^7 เท่าดวงอาทิตย์ และรัศมีครึ่งมวลราว 0.4-15 พาร์เซก พบว่าเหมาะสมมากกับการก่อตัวเป็น IMBH

ใน Cosmic Gems ที่เจอกระจุกดาว 5 กลุ่ม คำนวณได้ IMBH หนักสุดถึง 1,600-2,700 เท่าดวงอาทิตย์ เพราะกระจุกอัดแน่นมาก (รัศมีประมาณ 1 พาร์เซก) และมี metallicity ต่ำ ช่วยให้มวลไม่หลุดหายไปกับลมดาว ส่วน Firefly Sparkle ที่เจอ 10 กระจุก กลับได้ IMBH เบากว่ามากคือ 180-810 เท่าดวงอาทิตย์ เพราะกระจุกมีรัศมีใหญ่กว่า (ราว 4-6 พาร์เซก) ทำให้แกนในไม่หนาแน่นพอจะเกิดการชนรุนแรง

โดยรวมช่วงมวล IMBH ที่คำนวณได้อยู่ระหว่างราว 100 ถึง 4,000 เท่าดวงอาทิตย์ นักวิจัยระบุว่าช่วงบนสุดเข้าข่าย heavy seed ที่เหมาะจะโตต่อเป็น SMBH ได้ตั้งแต่ยุคจักรวาลยังเด็ก และผลลัพธ์นี้ยังอาจอธิบายปรากฏการณ์ Little Red Dots ที่ JWST พบ ซึ่งสเปกตรัมมักถูกตีความว่ามี SMBH อยู่ภายใน

ต้องย้ำว่า JWST ไม่ได้เห็น IMBH ตรงๆ งานนี้เป็นแบบจำลองที่ชี้ว่าสภาพแวดล้อมแบบนี้เหมาะกับการก่อตัว นักวิจัยเองก็ยอมรับว่ายังไม่รู้ข้อมูลบางอย่างของกระจุกดาวพวกนี้ เช่น การหมุนและโครงสร้างภายใน ซึ่งอาจเปลี่ยนผลลัพธ์ที่ได้