ย้อนกลับไปเมื่อวันที่ 10 เมษายน 2019 โลกได้เห็นภาพแรกของ ‘หลุมดำมวลยิ่งยวด’ (Supermassive Black Hole) บริเวณใจกลางกาแล็กซี M87 (Messier 87) ที่ระยะห่างจากโลกออกไปประมาณ 55 ล้านปีแสง ซึ่งเป็นผลงานจาก ‘อีเวนต์ฮอไรซัน’ หรือ EHT เครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุช่วงความถี่สูงที่วางกล้องเอาไว้ในประเทศต่างๆ ในหลายทวีป จนมองได้ว่าเป็นกล้องโทรทรรศน์ที่มีขนาดใหญ่เท่าโลก ถือเป็นความสำเร็จแรกของนักดาราศาสตร์ที่ทำให้เราได้เห็นภาพหลุมดำยักษ์ว่ามีจริง ไม่ใช่เป็นแต่เพียงทฤษฎี
ด้วยเทคนิคนี้ ทีมนักดาราศาสตร์ที่เน้นการค้นคว้าวิจัยหลุมดำมวลยิ่งยวดนำโดย ลู่หรูเซิน จากหอดูดาวเซี่ยงไฮ้ในประเทศจีน ได้เชื่อมข้อมูลของกล้องโทรทรรศน์วิทยุข้ามทวีปอีกครั้ง โดยครั้งนี้เป็นเครือข่ายกล้องในอเมริกาใต้ (ALMA) กรีนแลนด์ (GLT) ยุโรป และอเมริกาเหนือ โดยปรับความยาวคลื่นจาก 1.3 มิลลิเมตร (230 GHz) มาเป็นความยาวคลื่น 3.5 มิลลิเมตร (86 GHz) เป็นผลให้สามารถมองเห็นรายละเอียดต่างๆ มากกว่าที่เคยเห็น นั่นคือจานสะสมมวลขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 8.4 ชวาร์ซชิลด์ (Schwarzschild) และยังได้เห็นบริเวณที่มีความสว่างสูงที่เป็นจุดกำเนิดของลำอนุภาคที่พวยพุ่งออกจากหลุมดำอันเป็นปริศนาของวงการดาราศาสตร์มายาวนานด้วย
ลู่หรูเซิน หัวหน้าทีมวิจัยกล่าวถึงแรงจูงใจในการค้นคว้าครั้งนี้ว่า “ก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์ก็ทราบมาแล้วว่า มีลำอนุภาคพวยพุ่งออกจากบริเวณรอบหลุมดำ แต่ก็ยังไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้ว่ามันมีที่มาที่ไปอย่างไร และเพื่อศึกษาสิ่งนี้ให้กระจ่าง ทีมงานเราจึงมุ่งสังเกตไปที่ต้นกำเนิดของลำอนุภาคหลุมดำในระดับที่เรียกว่าใกล้ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้”
ในภาพใหม่นี้ ทีมนักดาราศาสตร์สามารถเห็นการเชื่อมต่อที่บริเวณที่คาดว่าเป็นจุดกำเนิดของลำอนุภาค (Jet) กับจานสะสมมวลที่หมุนรอบหลุมดำมวลยิ่งยวด M87 ซึ่งเป็นหลุมดำที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ของเราถึง 6.5 พันล้านเท่าได้
คิมแจยอง ผู้ช่วยศาสตราจารย์จากมหาวิทยาลัยคยองบกในเกาหลีใต้ หนึ่งในทีมวิจัย กล่าวว่า “ภาพใหม่นี้ช่วยเติมเต็มส่วนที่ขาดหายไปจากภาพเดิมที่เราได้เห็นในปี 2019 ด้วยการแสดงกลุ่มของมวลสารบริเวณรอบๆ หลุมดำและแสดงให้เห็นลำอนุภาคในเวลาเดียวกัน
“ภาพนี้ถือเป็นภาพแรกที่ช่วยให้เราสามารถเห็นรายละเอียดของวัตถุรอบหลุมดำ ซึ่งจะทำให้เราตอบคำถามต่างๆ เช่น อนุภาคของมวลสารรอบหลุมดำถูกเร่งความเร็วหรือเกิดความร้อนขึ้นได้อย่างไร รวมทั้งยังช่วยไขความลับอื่นๆ อีกมากมาย” ดร.อากิยามะ คาซึโนริ จากหอดูดาวเฮย์สแต็กของ MIT ผู้พัฒนาซอฟต์แวร์ภาพที่ใช้ในการแสดงภาพหลุมดำ กล่าวทิ้งท้าย
ทีมงานตีพิมพ์เผยแพร่ผลงานครั้งนี้ลงในวารสาร Nature https://www.nature.com/articles/s41586-023-05843-w
อ้างอิง:
- หลุมดำเป็นทรงกลมที่มองไม่เห็น สังเกตไม่ได้โดยตรง เนื่องจากดูดกลืนทุกสิ่งทุกอย่างเข้าไปหมดแม้กระทั่งแสง แต่การดูดกลืนด้วยแรงโน้มถ่วงมหาศาลนี้จะเกิดในขอบเขตจำกัดอันหนึ่งที่เรียกว่า ‘ขอบฟ้าเหตุการณ์’ ซึ่งมีรัศมีเท่ากับ 1 ชวาร์ซชิลด์ นับจากจุดศูนย์กลางจริงๆ ของหลุมดำหรือจุดที่เป็นภาวะเอกฐาน ห่างจากนั้นออกมา แรงโน้มถ่วงของหลุมดำจะเริ่มลดลง และที่ระยะประมาณ 3 ชวาร์ซชิลด์จะเป็นขอบในสุดของจานสะสมมวล ซึ่งก็คือกลุ่มฝุ่นก๊าซและพลาสมารูปจานที่โคจรไปรอบหลุมดำด้วยความเร็วสูงมากใกล้ความเร็วแสง การเสียดสีกันของอนุภาคสสารในจานนี้ทำให้เกิดความร้อนหลายพันล้านองศาเซลเซียส ก่อให้เกิดแสงสว่างและปลดปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหลายชนิดออกมาจนช่วยให้เรามองเห็น โดยสามารถสังเกตหลุมดำได้ทางอ้อม และในทิศตั้งฉากกับจานสะสมมวลจะเป็นจุดที่เกิดการบีบให้อนุภาคต่างๆ พวยพุ่งเป็นลำออกไปในอวกาศ นั่นคือลำอนุภาคที่ทีมงานของลู่หรูเซินถ่ายภาพต้นกำเนิดได้ในครั้งนี้
