ภาพแรกของหลุมดำ
สิ่งยืนยันความถูกต้องของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป
และก้าวต่อไปของการสำรวจสิ่งลี้ลับแห่งจักรวาล

วันที่ 10 เม.ย. พ.ศ. 2562 ได้กลายเป็นวันประวัติศาสตร์ของวงการวิทยาศาสตร์และดาราศาสตร์ เมื่อโครงการ Event Horizon Telescope (EHT) ได้มีการเผยแพร่ภาพถ่ายของหลุมดำซึ่งสามารถถ่ายได้เป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์นับแต่ จอห์น มิเชลล์ (John Michell) ผู้บุกเบิกวิชาดาราศาสตร์ ได้เสนอความคิดเรื่องเทหวัตถุขนาดมหึมาที่แม้แต่แสงยังไม่อาจเล็ดรอดออกมาได้เมื่อปี พ.ศ. 2327

โครงการ EHT เป็นการเชื่อมเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์ 8 ตัวเข้าด้วยกัน เพื่อสร้างกล้องโทรทรรศน์ขนาดเท่าโลกขึ้นมาสำหรับศึกษาหลุมดำ อันเป็นเทหวัตถุที่ลี้ลับที่สุดในจักรวาล โดยโครงการนี้มุ่งสำรวจหลุมดำสองหลุม คือ 1. Sagittarius A* ซึ่งอยู่ ณ ใจกลางทางช้างเผือกของเรา และ 2. หลุมดำมวลยิ่งยวด (super massive black hole) ในกาแลกซี M87 (ไม่ใช่บ้านอุลตร้าแมนนะ นั่น M78) ซึ่งอยู่ห่างโลกไปประมาณ 55 ล้านปีแสง และมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ของเราประมาณ 6,500 ล้านเท่า

และก็คือหลุมดำมวลยิ่งยวดแห่งกาแลกซี M87 นี้เอง ที่ EHT สามารถถ่ายภาพมาได้เป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์

รายละเอียดจากเว็บไซต์ The Guardian

ภาพหลุมดำจากาแลกซี M87 ที่ EHT เผยแพร่นั้นปรากฏเป็นวงแหวนเพลิงที่มีความสว่างรอบวงไม่เท่ากัน และมีความมืดมิดอยู่ตรงกลางตามภาพด้านบน ซึ่งสามารถอธิบายส่วนประกอบต่างๆ ในภาพได้ดังนี้

    1. หลุมดำ พื้นที่มืดมิดตรงกลางคือส่วนที่เป็นที่อยู่ของหลุมดำ ซึ่งถ้าว่ากันตามตรงแล้ว หากไม่มีวงแวนเพลิงล้อมรอบ เราจะไม่มีทางมองเห็นหลุมดำด้วยตาเปล่าเช่นนี้ได้เลย ซึ่งก็เพราะความดำมืดที่กลืนกินไปหมดแม้แต่แสงนั่นเอง
    2. เงาของเส้นขอบฟ้าเหตุการณ์ เส้นขอบฟ้าเหตุการณ์หรือ event horizon คือพรมแดนที่กั้นระหว่างภายในหลุมดำกับอวกาศภายนอก ตามสมมติฐานภายใต้ความรู้ที่มีในขณะนี้ก็คือ สิ่งใดก็ตามที่ก้าวข้ามพรมแดนนี้เข้าไปในหลุมดำจะถูกดูดหายไปและไม่มีวันกลับออกมาได้อีกตลอดกาล ซึ่งแสงก็เป็นสิ่งหนึ่งที่ก้าวข้ามพรมแดนนี้เข้าไปในหลุมดำ และนั่นทำให้หลุมดำกลายเป็นเทหวัตถุที่มืดมิดจนไม่อาจมองเห็นตรงๆ ได้ แต่อย่างไรก็ดี ที่ได้มาในภาพนั้นเป็นเงาของเส้นขอบฟ้าเหตุการณ์ ซึ่งใหญ่กว่าขนาดเส้นขอบฟ้าเหตุการณ์จริงๆ ประมาณ 2.5 เท่า
    3. รัศมีทรงกลดที่เกิดจากการที่แสงถูกแรงโน้มถ่วงบิดมาจากจานพอกพูนมวล (accretion disc) จานพอกพูนมวล (วงแหวน ซึ่งรวมถึงส่วนที่ 4 และ 5 ในภาพ) คือวงแหวนที่เกิดจากการที่สสารและอนุภาคต่างๆ ถูกแรงดึงดูดมหาศาลของหลุมดำดึงมาหมุนวนไปรอบๆ เส้นขอบฟ้าเหตุการณ์ โดยการหมุนวนในส่วนที่ใกล้หลุมดำมากก็จะมีความเร็วเทียบเท่าแสง สสารและอนุภาคบางส่วนจะถูกเหวี่ยงข้ามเส้นขอบฟ้าเหตุการณ์เข้าไปในหลุมดำ และบางส่วนจะถูกเหวี่ยงจนหลุดจากวงโคจรนี้ไป การบิดโค้งนี้จะทำให้เราเห็นรัศมีทรงกลดรวมทั้งจานพอกพูนมวลของหลุมดำได้เสมอไม่ว่าจะมองมาจากมุมใดก็ตาม (ลองจินตนาการถึงการมองดาวเสาร์แล้วคุณสามารถเห็นวงแหวนส่วนที่อยู่ด้านหลังของดาวเสาร์ในลักษณะราวกับมันอยู่ด้านบนของดาวเสาร์ได้ ซึ่งจริงๆ ไม่ได้ แต่เราขอให้จินตนาการเอา)
    4. วงแหวนส่วนที่สว่างมากกว่า เกิดจากรังสีของแก๊สและฝุ่นที่พุ่งไปในทิศทางที่มุ่งหน้ามาหาเรา
    5. วงแหวนส่วนที่สว่างน้อยกว่า เกิดจากอนุภาคที่พุ่งไปในทิศทางที่ออกห่างไปจากตัวเรา

“หากให้ความสนใจกับพื้นที่ที่ส่องสว่าง ดังเช่นจานของแก๊สที่เปล่งแสงเรืองรอง เราคาดว่าหลุมดำจะสร้างพื้นที่มืดมิดคล้ายกับเงา ซึ่งเป็นสิ่งที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์พยากรณ์ไว้ แต่เราไม่เคยเห็นมาก่อน”

– ไฮโน ฟัลเคอ (Heino Falcke)

กรรมการสภาวิทยาศาสตร์ของ EHT

“รูปภาพเช่นนี้ยืนยันว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์นั้นถูกต้องในการอธิบายถึงแรงโน้มถ่วงเมื่อมันแข็งแกร่งมากๆ”

– โรเจอร์ แบลนด์ฟอร์ด (Roger Blandford)

นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด

เรื่องหนึ่งที่น่าสนใจก็คือ แม้นี่จะเป็นครั้งแรกที่มีการถ่ายภาพหลุมดำได้จริงๆ แต่หากพูดกันถึงจินตนาการบนฐานของความรู้ที่มีต่อหลุมดำ มนุษย์นั้นเคยสร้างภาพของหลุมดำขึ้นมาแล้วในภาพยนตร์เรื่อง Interstellar (2014) และภาพของหลุมดำที่ปรากฏในภาพยนตร์นั้นก็คล้ายคลึงกับที่เราได้เห็นในภาพแรกของหลุมดำครั้งนี้เป็นอย่างมาก และนั่นคงเป็นสิ่งใดไปเสียมิได้ นอกจากความสมจริงอันก่อร่างจากพลังของจินตนาการที่เกิดขึ้นบนฐานของความรู้อันเข้มแข็ง

อย่างไรก็ดี แม้จะได้ภาพแรกของหลุมดำมาแล้ว แต่นั่นก็ไม่ได้เพียงพอ หรือไม่แม้แต่จะช่วยให้เข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นภายในพื้นที่มืดมิดอันลี้ลับที่สุดในจักรวาลนี้

ไฮโน ฟัลเคอ กล่าวว่า “คำถามใหญ่สำหรับผมก็คือ เราจะสามารถก้าวข้ามข้อจำกัดนี้ไปได้หรือไม่ ซึ่งคำตอบเป็นไปได้ทั้งได้และไม่ได้ นั่นเป็นเรื่องที่น่าหงุดหงิด แต่เราก็จำเป็นต้องยอมรับ”

วิดีโออธิบายภาพหลุมดำดังกล่าว

เรียบเรียงจาก
Event Horizon Telescope – Astronomers Capture First Image of a Black Hole
The Guardian – Black hole picture captured for first time in space breakthrough
Popular Science – Here’s the first-ever direct image of a black hole

Copyright © 2019. All rights reserved.