ทีมนักดาราศาสตร์จาก European Southern Observatory (ESO) และเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุ Event Horizon Telescope (EHT) แถลงข่าวความสำเร็จในประมวลผลภาพถ่ายแรกในประวัติศาสตร์ของหลุมดำยักษ์บริเวณใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือก เมื่อวันที่ 12 พฤษภาคมที่ผ่านมาในงานประชุม National Science Foundation (NSF)
ภาพถ่ายนี้ถือเป็นหลักฐานสำคัญในการยืนยันการมีอยู่ของหลุมดำมวลยิ่งยวด ณ ใจกลางกาแล็กซีที่เราอาศัยอยู่ ซึ่งมีชื่อเรียกว่า หลุมดำ ‘ซาจิทาเรียส เอ สตาร์’ (Sagittarius A* หรือ Sgr A*) จากที่ก่อนหน้านี้นักดาราศาสตร์ต้องใช้วิธีทางอ้อมในการสังเกตดาวฤกษ์หลายดวงในบริเวณนั้น ที่โคจรไปในลักษณะที่ถูกเหวี่ยงด้วยความเร็วสูงรอบวัตถุมวลมหาศาลแต่ไม่อาจมองเห็น
หลุมดำ ‘ซาจิทาเรียส เอ สตาร์’ นี้ มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ของเราประมาณ 4.15 ล้านเท่า และอยู่ห่างจากโลกของเราออกไปราว 26,600 ปีแสง สำหรับตัวหลุมดำแน่นอนว่าเราไม่อาจมองเห็นได้ เนื่องจากแรงโน้มถ่วงที่มีมากมายจะดึงดูดทุกสิ่งทุกอย่าง ไม่เว้นแม้แต่แสงที่ข้ามผ่าน ‘ขอบฟ้าเหตุการณ์’ เข้าไปไม่ให้ย้อนกลับออกมาได้อีก โชคดีที่รอบหลุมดำยักษ์เหล่านี้จะมี ‘จานสะสมมวล’ (Accretion Disk) ซึ่งประกอบด้วยกลุ่มฝุ่นและก๊าซจำนวนมากหมุนวนไปรอบหลุมดำด้วยความเร็วเกือบเท่าความเร็วแสง จนอนุภาคในจานสะสมมวลกลายเป็นพลาสมาที่มีอุณหภูมิสูงถึง 10,000 ล้านเคลวิน เปล่งแสงสว่างและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในย่านรังสีเอ็กซ์ออกมาจนเราสังเกตเห็นได้
ภาพถ่ายแรกของหลุมดำใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือกนี้ ถือเป็นความสำเร็จที่ต่อเนื่องมาจากภาพถ่ายแรกของหลุมดำใจกลางกาแล็กซี M87 ที่เปิดเผยออกมาก่อนหน้านี้ในการแถลงข่าวเมื่อเดือนเมษายน 2019 ทั้งหมดนี้เป็นผลงานของโครงการกล้องโทรทรรศน์วิทยุ Event Horizon Telescope (EHT) ซึ่งเป็นโครงการที่ใช้วิธีเชื่อมกล้องโทรทรรศน์วิทยุจำนวน 10 จุด ที่ตั้งอยู่ใน 4 ทวีปทั่วโลก (ทวีปยุโรป อเมริกาเหนือ อเมริกาใต้ และขั้วโลกใต้) เข้าเป็นหนึ่งเดียว ทำงานพร้อมกันด้วยนาฬิกาอะตอมอันแม่นยำ ข้อมูลจากกล้องทั้งหมดจะถูกบันทึกลงฮาร์ดดิสก์ตั้งแต่ปี 2017 แต่เริ่มนำมาประมวลผลจนกลายเป็นภาพที่มองเห็นได้
ทำไมภาพถ่ายหลุมดำใจกลางกาแล็กซี M87 ที่อยู่ห่างโลกถึง 55 ล้านปีแสงนั้น สามารถเก็บข้อมูลและประมวลผลออกมาได้สำเร็จก่อนภาพถ่ายหลุมดำใจกลางกาแล็กซีของเราเอง เรื่องนี้ Chi-kwan Chan นักดาราศาสตร์จากหอสังเกตการณ์ Steward Observatory สหรัฐอเมริกา อธิบายว่า “หลุมดำทั้ง 2 นี้มีจานสะสมมวลเหมือนกัน ฝุ่นและก๊าซในจานสะสมมวลหมุนวนด้วยความเร็วใกล้ความเร็วแสงเช่นเดียวกัน แต่ขนาดของหลุมดำใจกลางกาแล็กซี M87 นั้นใหญ่โตมโหฬารกว่าหลุมดำ ‘ซาจิทาเรียส เอ สตาร์’ (Sagittarius A* หรือ Sgr A*) ที่ใจกลางกาแล็กซีของเราเองหลายเท่า ฝุ่นและก๊าซในจานสะสมมวลต้องใช้เวลานานหลายวัน หรืออาจถึงหลายสัปดาห์ในการหมุนวน แต่สำหรับหลุมดำในกลางกาแล็กซีของเรานั้นใช้เวลาหมุนวนไม่กี่นาที ผลก็คือภาพของหลุมดำ M87* นั้นนิ่งกว่า จึงถ่ายภาพให้ชัดเจนง่ายกว่า แต่หลุมดำของเรานั้นมันเหมือนการถ่ายภาพนิ่งของลูกสุนัขที่วิ่งวนงับหางตัวเอง ซึ่งยากกว่ามาก”
ในที่สุดทีมงานตัดสินใจว่าต้องพัฒนาเครื่องมือใหม่ๆ ขึ้นมาช่วยในการประมวลผลภาพของหลุมดำใจกลางกาแล็กซีของเรา ที่แม้จะส่งผลให้เกิดความล่าช้าแต่ก็คุ้มค่า เพราะในที่สุดเราก็ได้ภาพแรกของหลุมดำ ‘ซาจิทาเรียส เอ สตาร์’ (Sagittarius A* หรือ Sgr A*) อย่างที่หลายฝ่ายตั้งความหวังกันเอาไว้
ทั้งหมดนี้คือผลงานของทีมงานจำนวนกว่า 300 คน จาก 80 สถาบันทั่วโลก ผ่านการทำงานอย่างหนักเป็นเวลาถึง 5 ปี อีกทั้งยังต้องใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ในการรวมและวิเคราะห์ข้อมูลปริมาณมากมายถึง 6000 เทราไบต์ในฮาร์ดดิสก์ที่ได้มาจากกล้องโทรทรรศณ์ในเครือข่ายทั่วโลก นำมาสอบเทียบกับคลังข้อมูลหลุมดำจำลองในระดับที่ไม่เคยมีมาก่อน เพื่อให้ได้ภาพที่แม่นยำไม่ผิดพลาด จนสุดท้ายก็ได้ภาพที่ทำให้ทีมงานหายเหนื่อย
Sera Markoff ประธานร่วมของสภาวิทยาศาสตร์ EHT และศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ดาราศาสตร์เชิงทฤษฎี อธิบายถึงภาพที่ได้ว่า “เรามีภาพหลุมดำที่มีมวลต่างกันเป็นพันเท่า (หลุมดำใจกลางกาแล็กซี M87 มีมวลมากถึง 6,500 ล้านเท่าของดวงอาทิตย์) อีกทั้งมาจากกาแล็กซีที่แตกต่างกัน (กาแล็กซีทางช้างเผือกเป็นกาแล็กซีชนิดกังหันมีแบบมีคาน ส่วนกาแล็กซี M87 เป็นกาแล็กซีชนิดวงรี) แต่ภาพหลุมดำทั้งสองนั้นกลับมีลักษณะที่ดูคล้ายกันอย่างน่าทึ่ง แม้แต่เส้นผ่านศูนย์กลางเชิงมุมที่เราสังเกตได้ก็ไม่ได้ห่างกันมาก ที่มีความแตกต่างกันบ้างเล็กน้อยก็จากองค์ประกอบของก๊าซที่วนรอบหลุมดำเท่านั้น เรื่องนี้บอกเราว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอสไตน์ ที่แม้จะนำเสนอมาเป็นร้อยปีแล้ว ก็ยังคงใช้ได้เสมอกับหลุมดำทุกขนาดในจักรวาลอันกว้างใหญ่ของเรา”
ทีมงานตีพิมพ์เผยแพร่ผลงานครั้งนี้ลงใน Astrophysical Journal Letters
อ้างอิง:
หมายเหตุ: กล้องโทรทรรศน์แต่ละตัวที่เชื่อมโยงกันเป็นเครือข่าย EHT ตั้งแต่เมษายน 2017 ได้แก่ กล้อง ALMA ในทะเลทรายอาตากามาของชิลี, กล้อง APEX ที่ 5,064 เมตรเหนือระดับน้ำทะเลที่หอสังเกตการณ์ Llano de Chajnantor ของชิลี, กล้อง IRAM ขนาด 30 เมตร ใกล้กับยอดเขาปิโกเวเลตในเซียร์ราเนวาดา ประเทศสเปน, กล้อง JCMT หรือ James Clerk Maxwell ที่หอดูดาวมัวนาเกียในฮาวาย, กล้อง Alfonso Serrano (LMT) ในเม็กซิโก, กลุ่มกล้อง Submillimeter Array (SMA) จำนวน 8 ตัวในฮาวาย, กล้อง SMT ในแอริโซนา, กล้อง SPT ที่ขั้วโลกใต้, กล้อง GLT ในกรีนแลนด์ และล่าสุดได้เพิ่มกล้องอีก 2 โลเคชัน นั่นคือกล้อง NOEMA ในฝรั่งเศส และกล้อง 12 เมตร บนยอดเขา Kitt Peak ในแอริโซนา ทั้งหมดเพื่อให้ได้ภาพของหลุมดำที่อยู่ห่างไกลถึง 26,600 ปีแสง เปรียบแล้วเหมือนมองขนมโดนัทที่วางอยู่บนผิวดวงจันทร์
