หลุมดำ (Black hole) เป็นหนึ่งในวัตถุที่มีธรรมชาติชวนพิศวงที่สุดในเอกภพ
มันเป็นวัตถุที่มีความโน้มถ่วงสูงเสียจนแสงไม่สามารถเดินทางออกมาได้ ดังนั้นสิ่งใดที่ตกเข้าไปในหลุมดำแล้วจึงไม่สามารถกลับออกมาได้อีก
ทฤษฎีที่ทำนายการมีอยู่ของหลุมดำคือ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (General relativity) ซึ่งถูกคิดค้นโดยนักฟิสิกส์ผู้มีนามว่า อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ แต่ตัวของไอน์สไตน์เองไม่เชื่อว่าหลุมดำจะมีอยู่จริง เพราะธรรมชาติของมันแปลกพิสดารจนไม่น่าเชื่อว่าจะมีจริงและเกิดขึ้นได้จริงในเอกภพของเรา อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบันนักฟิสิกส์ค้นพบหลุมดำมาแล้วมากมาย
คำว่าหลุมดำ (Black hole) นั้น หากกล่าวลอยๆ โดยทั่วไปจะหมายถึง หลุมดำที่เกิดจากดาวฤกษ์ (Stellar black hole) กล่าวคือ เมื่อดาวฤกษ์มวลมหาศาล เมื่อมีอายุมากขึ้น มันจะเริ่มสูญเสียมวลมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากปฏิกิริยาฟิวชันเผาผลาญมวลให้กลายเป็นพลังงานที่มันเปล่งออกมา เมื่อมวลสารของดาวฤกษ์ชราน้อยลงถึงจุดหนึ่ง ปฏิกิริยาฟิวชันจะไม่เกิดขึ้นอีกต่อไป ในตอนนั้นมวลสารที่เหลือจากปฏิกิริยาฟิวชันจะบีบอัดกันด้วยแรงโน้มถ่วงของตัวเองอย่างรุนแรง
ถ้าดาวฤกษ์มีมวลเริ่มต้นมากพอ จะทำให้มวลที่เหลือจากปฏิกิริยาฟิวชันมีมากตามไปด้วย ส่งผลให้แรงโน้มถ่วงบีบอัดจนมวลสารรุนแรงมากจนสสารที่หลงเหลือมีความหนาแน่นสูงจนกลายเป็นหลุมดำได้ในที่สุด ซึ่งมวลของหลุมดำประเภทนี้อยู่ในช่วงไม่กี่สิบเท่าของมวลดวงอาทิตย์
หลุมดำเหล่านี้ถูกตรวจจับได้นานแล้ว ซึ่งหนึ่งในวิธีตรวจจับคือการถ่ายภาพรังสีเอกซ์ที่แก๊สร้อนจัดไหลวนลงสู่หลุมดำเปล่งออกมา
แต่หลุมดำอีกชนิดหนึ่งที่แตกต่างจากหลุมดำดาวฤกษ์อย่างมากมีชื่อว่า หลุมดำมวลยิ่งยวด (Supermassive black hole) ที่อาจมีมวลมากที่สุดได้ในระดับพันล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ ซึ่งกำเนิดของมันยังไม่มีใครรู้ชัดเจน
สิ่งที่นักฟิสิกส์รู้แน่ชัดอย่างหนึ่งคือ กาแล็กซีส่วนมากมักจะมีหลุมดำมวลยิ่งยวดอยู่ที่ใจกลาง ซึ่งการถ่ายภาพโดยตรงเป็นเรื่องยากมาก เนื่องจากมันอยู่ใจกลางกาแล็กซีทำให้มีดาวฤกษ์มากมายล้อมรอบมันจนยากต่อการเก็บข้อมูล ประกอบกับการที่มันอยู่ห่างจากโลกมาก ทำให้ขนาดที่มันปรากฏแก่สายตาของเรานั้นเล็กเต็มทน
หลุมดำที่เรากำลังจะกล่าวถึงกันตั้งแต่นี้ไปหมายถึงหลุมดำมวลยิ่งยวด
ล่าสุด เมื่อวันที่ 10 เมษายน 2019 ทีมงานกล้องโทรทรรศน์อีเวนต์ฮอไรซัน (Event Horizon Telescope) สามารถเก็บภาพหลุมดำมวลยิ่งยวดได้ด้วยความละเอียดสูง
โดยเราสามารถสังเกตเห็นแก๊สร้อนจัด ซึ่งปรากฏเป็นส่วนสว่างที่มีลักษณะคล้ายวงกลม เมื่อนักฟิสิกส์วิเคราะห์มันอย่างละเอียดก็พบว่า พฤติกรรมของมันสอดคล้องกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่ไอน์สไตน์สร้างขึ้นราวๆ ร้อยปีก่อนเป็นอย่างดี
ส่วนบริเวณมืดที่อยู่ตรงกลางภาพที่มองเห็นได้ชัดเจนคือบริเวณที่หลุมดำมวลยิ่งยวดอยู่ อย่างไรก็ตาม ขอบฟ้าเหตุการณ์ซึ่งเป็นขอบนอกสุดที่แสงไม่สามารถเดินทางกลับออกมาได้นั้น มีขนาดเล็กกว่าขอบสีดำที่เห็นในภาพราว 2.5 เท่า
Jet shooting out of M87
Photo: NASA and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
หลุมดำมวลยิ่งยวดดังกล่าวมีมวลราว 6,500 ล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ อยู่ที่ใจกลางกาแล็กซี M87 ซึ่งเป็นกาแล็กซีทรงรีขนาดใหญ่ ห่างจากโลกเราออกไปราวๆ 55 ล้านปีแสงไปทางกลุ่มดาวหญิงสาว
กล้องโทรทรรศน์อีเวนต์ฮอไรซันเป็นกล้องโทรทรรศน์วิทยุหลายตัวที่ทำงานเก็บข้อมูลเชื่อมต่อประสานกันอย่างยอดเยี่ยมจนเป็นเหมือนกล้องโทรทรรศน์หนึ่งตัวที่มีขนาดใหญ่เท่าโลกทั้งใบ
เหล่าวิศวกรต้องทำการติดตั้งฮาร์ดแวร์พิเศษที่ใช้เก็บข้อมูลมหาศาลจากการสังเกตการณ์ รวมทั้งนาฬิกาอะตอมที่มีความแม่นยำสูง เพื่อให้ทราบว่าข้อมูลแต่ละส่วนเก็บที่เวลาใด
ผลที่ได้คือ กล้องโทรทรรศน์อีเวนต์ฮอไรซันสามารถแยกภาพได้ในระดับ 20 ไมโครอาร์กเซก ซึ่งเปรียบได้กับการอ่านหนังสือพิมพ์ที่วางไว้ที่นิวยอร์กจากกรุงปารีส
ในอนาคต พวกเราคงได้ลุ้นกันว่าเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุดังกล่าวจะค้นพบอะไรใหม่ๆ ในเอกภพมาอวดพวกเราอีก ซึ่งนี่น่าจะเป็นแค่จุดเริ่มต้น
ความน่าทึ่งของงานวิจัยนี้อาจไม่ใช่แค่การมองเห็นวัตถุยักษ์ใหญ่ที่อยู่ห่างไกลออกไปมหาศาลเพียงอย่างเดียว แต่ยังรวมไปถึงพลังแห่งความร่วมมือของมวลมนุษย์ตัวเล็กๆ ที่เมื่อช่วยเหลือแบ่งปันข้อมูลและทำงานประสานกันแล้วก็สามารถไขปริศนายิ่งใหญ่ในธรรมชาติ จนมองเห็นสิ่งที่ลึกลับที่สุดอย่างหนึ่งในเอกภพได้
พิสูจน์อักษร: พรนภัส ชำนาญค้า
อ้างอิง:
