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
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