หลุมดำ M87 ภาพถ่ายหลุมดำแรกในประวัติศาสตร์ (ภาพจริง)

หลุมดำ M87 ภาพถ่ายหลุมดำแรกในประวัติศาสตร์ (ภาพจริง)

คณิตศาสตร์ ที่ซ่อนอยู่ในธรรมชาติ
ลวดลายในธรรมชาติ ความสวยงามที่แฝงไปด้วยลำดับทางคณิตศาสตร์
มีนาคม 31, 2019
เราอาจไม่ได้เห็นภาพหลุมดำแรก (M87) หากไม่มีเธอคนนี้
เราอาจไม่ได้เห็นภาพหลุมดำแรก (M87) หากไม่มีเธอคนนี้
เมษายน 20, 2019
หลุมดำ M87 ภาพถ่ายหลุมดำแรกในประวัติศาสตร์ (ภาพจริง)

© M87/ EHT, ESO Article, ESO TIF

เมื่อวันที่ 10 เมษายน ปี ค.ศ. 2019 ทีมงานนักวิทยาศาสตร์จากโครงการ อีเวนฮอไรซัน เทเลสโคป Event Horizon Telescope ก็ได้เผยให้เห็นถึงภาพหลุมดำแรกในประวัติศาสตร์ ซึ่งจากภาพที่ได้รับอาจยังไม่ค่อยชัด แต่นี่ก็เป็นหลักฐานชิ้นสำคัญในการพิสูจน์ให้เห็นแล้วว่า หลุมดำนั้น มันมีอยู่จริงๆในจักรวาลแห่งนี้ ซึ่งแต่ก่อน หลุมดำนั้นมีอยู่แต่ในตาราเรียน หรือบทความวิชาการต่างๆ รวมถึงภาพส่วนใหญ่ของหลุมดำที่ปรากฎ ก็มักจะเป็นภาพของงานออกแบบในจินตนาการเท่านั้น และนอกเหนือไปจากการค้นพบคลื่นแรงโน้มถ่วงอันเป็นผลมาจากการโคจรรอบกันและกันของหลุมดำคู่ เมื่อปี 2015 แล้ว ภาพหลุมดำ M87 ล่าสุดนี้เอง ก็ยังไปช่วยยืนยันให้อีกเสียง ถึงความถูกต้องตามคำทำนายในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอนสไตน์ เมื่อราว 100 ปีที่แล้วได้เป็นอย่างดี!

Messier 87 คืออะไร?

เอาจริงๆแล้ว Messier 87 บางคนอาจรู้จักมันในชื่อ Virgo A, NGC 4486 บ้าง แต่โดยส่วนใหญ่ที่เรามักจะเห็นกันอยู่บ่อยๆเลยก็คือ ในชื่อของตัวย่อของ M87 นั่นเอง ซึ่งเจ้า Messier 87 นี้ มันคือ ซุปเปอร์ใจแอนท์ ‘อิลลิปติคอล กาแล็กซี่’ (supergiant elliptical galaxy) หรือดาราจักรรูปทรงไข่แบบซุปเปอร์ยักษ์ใหญ่ ที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางอยู่ราว 120,000 ปีแสง (หากเราเทียบขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางกับทางช้างเผือกของเราก็พบว่ามันอาจมีขนาดใกล้เคียงกันก็จริง แต่อย่าลืมว่า ทางช้างเผือกของเรานั่นมีรูปทรงเป็นแผ่นจานแบนๆบางๆ ถึงแม้ว่าในภายหลังจะพบว่ามันมีการบิดเบี้ยวที่ปลายขอบก็ตาม แต่ขณะเดียวกัน Messier 87 นั่นกลับมีรูปทรงที่ค่อนข้างกลม ดังนั้นมวลหรือขนาดโดยรวมก็ย่อมมากกว่าทางช้างเผือกของเรานั่นเอง)

ซึ่ง Messier 87 ตั้งอยู่ในตำแหน่งของกลุ่มดาว Virgo จัดได้ว่ามันคือหนึ่งในดาราจักรมวลมากที่สุดใน local Universe หรือในละแวกรอบบ้านของเรา (บ้านในที่นี้ก็คือทางช้างเผือกของเรา) และมันก็อยู่ห่างจากโลกของเราประมาณ 55 ล้านปีแสง โดย Messier 87 จากการประมาณการก็พบว่ามัน ประกอบไปด้วยจำนวนประชากรของดาวฤกษ์ที่อัดแน่นกันอยู่ประมาณ 1 ล้านล้านดวง (ซึ่งมีมากกว่าทางช้างเผือกของเราราว 10 เท่าเลย) และมีจำนวนของกระจุกดาวทรงกลม (globular clusters) ซึ่งโคจรอยู่โดยรอบศูนย์กลางของมันอยู่มากถึง 12,000 กระจุกดาว ในขณะที่ทางช้างเผือกของเรา กลับมีกระจุกดาวทรงกลมอยู่ได้มากสุดเพียง 200 กระจุกดาวเท่านั่น

แล้วหลุมดำที่พบมันมีความเกี่ยวข้องยังไงกับ Messier 87?

จากภาพถ่ายที่ได้เผยต่อสาธารณชนเมื่อ วันที่ 10 เมษายนที่ผ่านมานะครับ มันคือหลุมดำประเภท Supermassive black hole หรือชื่อในภาษาไทยก็คือ หลุมดำมวลยวดยิ่ง แล้วหลุมดำมวลยวดยิ่งนี้คืออะไรมันต่างไปจากหลุมดำในแบบธรรมดาที่เรารู้จักอย่างไร? ซึ่งในคำถามนี้ผมก็ขออธิบายให้ฟังคร่าวๆนะครับ โดยปกติการเกิดหลุมดำนั่นมีอยู่ 2 ลักษณะ (โดยในที่นี้จะไม่ขอพูดถึงในส่วนของ Micro black hole หรือหลุมดำจิ๋วในระดับควอนตัมเพราะมันมีขนาดเล็กเกินไป เทียบกันไม่ได้) โดยในลักษณะแรกคือ Stellar black hole หรือ หลุมดำจากดาวฤกษ์ อันเกิดจากการที่แรงโน้มถ่วงสามารถเอาชนะแรงต้านภายในของดาวฤกษ์ได้ จนทำให้แกนกลางของมันได้เกิดการยุบตัวลงมา แล้วระเบิดออกอย่างรุนแรงที่เรียกว่า supernova หรือ ไฮเปอร์โนว่าขึ้นได้ ซึ่งภายหลังการระเบิด ณ ใจกลางของดาวที่สลายไปนี้ก็จะแปรสภาพกลายมาเป็นหลุมดำนั่นเอง แต่อย่าเพิ่งตกใจไปนะครับ เพราะดวงอาทิตย์ของเราในวาระสุดท้ายแล้ว มันจะไม่มีการระเบิดที่รุนแรงอันนำไปสู่การก่อให้เกิดหลุมดำได้อย่างแน่นอน เพราะมวลของดวงอาทิตย์นั้นมันยังน้อยเกินไป แล้วต้องมีมวลขนาดไหนที่ดาวฤกษ์ถึงจะสามารถระเบิดออกจนกลายเป็นหลุมดำได้ ก็ต้องบอกว่า ดาวดวงนั้นมันจำเป็นจะต้องมีมวลที่มากว่าดวงอาทิตย์ของเราราว 20 เท่าขึ้นไป ถึงจะมีโอกาสก่อให้เกิดหลุมดำที่เสถียรขึ้นได้

ถัดไปการเกิดหลุมดำในลักษณะที่ 2 ก็คือการปรากฎขึ้นมาของหลุมดำมวลยวดยิ่ง หรือ Supermassive black hole ซึ่งหลุมดำประเภทนี้ จะตั้งอยู่ ณ ใจกลางของกาแล็กซี่ต่างๆ โดยส่วนใหญ่จะก่อตัวขึ้นมาพร้อมกับ เควซาร์ (quasar) ซึ่งเควซาร์นี้เอง ในภายหลังมันก็จะแปลงสภาพกลายมาเป็นแกนกลางของกาแล็กซี่ในแต่ละแห่งขึ้น โดยหลุมดำมวลยวดยิ่งนี้ จะมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ของเราได้ตั้งแต่ 100เท่า 1,000เท่า ตลอดไปจนถึงในระดับล้านเท่าได้!

ซึ่งหลุมดำที่อยู่ภายในใจกลางของกาแล็กซี่ Messier 87 นั้น จากการคำนวณล่าสุดในเดือนเมษายนโดยทีมนักวิทยาศาสตร์จาก Event Horizon Telescope ก็พบว่า หลุมดำ M87 นี้อาจมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ของเราได้สูงถึง 7พันล้านเท่า และมีมวลมากกว่าหลุมดำ ซาจิทาเรียส เอ (Sagittarius A) หรือหลุมดำที่อยู่ ณ ใจกลางของทางช้างเผือกของเราราว 1750 เท่า (โดยหลุมดำ ณ ใจกลางของดวงอาทิตย์เรามีมวลเพียง 4 ล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์เท่านั่นเอง)

และจากภาพถ่ายที่ได้รับมาจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล (Hubble Space Telescope) ก็ยังพบอีกว่า ณ ใจกลางของกาแล็กซี่ Messier 87 นี้ มีการปรากฎขึ้นลำเจ็ทที่พวยพุ่งมวลสารออกมาด้วยความเร็วเฉียดแสง เป็นระยะทางไกลถึง 5,000 ปีแสง อีกทั้งนักวิทยาศาสตร์ยังพบว่าหลุมดำ M87 นั้นยังมีการเคลื่อนตัวของมวลแก๊สร้อนที่มีอุณหภูมิความสว่างสูงในระดับ 1,000 ล้านเคลวิน หมุนทวนเข็มนาฬิกาด้วยความเร็วกว่า 1,000 กิโลเมตรต่อวินาที อยู่โดยรอบหลุมดำที่เรียกว่าอัคครีชันดิส (accretion disk) โดยจากการประมาณก็พบว่า อัคครีชันดิส นี้ มันมีขนาดความกว้างได้มากสุดถึง 3.6 ล้านล้านกิโลเมตร ซึ่งถือได้ว่ามันมีเส้นผ่านศูนย์กลางที่ใหญ่โตกว่าระบบสุริยะของเราถึง 400 เท่ากันเลยทีเดียว (โดยเส้นผ่านศูนย์กลางของระบบสุระยะเราอยู่ที่ประมาณคือ 9พันล้านกิโลเมตร) และยังพบอีกว่ามวลแก๊สร้อนที่หมุนอยู่โดยรอบหลุมดำ M87 นี้ จะมีอัตราการพอกพูนเทียบเท่าได้กับ มวลสารของระบบสุริยะเราในทุกๆ 10ปี หรือเทียบเท่าได้กับมวลสารของดาวเคราะห์โลกประมาณ 90 ดวงต่อวัน (ต้องบอกได้เลยว่า กินจุมากๆเลยทีเดียวสำหรับหลุมดำดวงนี้ และจากลักษณะของหลุมดำ M87 นี้เอง จึงทำให้เราอดที่จะคิดถึงไม่ได้เลย กับหลุมดำที่ชื่อ gargantua จากภาพยนตร์เรื่อง Interstellar แถมยังเป็นหลุมดำประเภทมวลยิ่งยวดแบบหมุนเหมือนกันอีกด้วย)

อีกทั้งพลังงานจากอิเล็กตรอนที่เคลื่อนอยู่ในความเร็วสัมพันธ์ของสนามแม่เหล็กรอบหลุมดำ M87 นี้ จะสามารถให้กำลังผลิตของพลังงานได้สูงถึง 10 ล้านล้านเท่า ของปริมาณพลังงานทั้งหมดที่ผลิตได้ในกาแล็กซี่ทางช้างเผือก 1 วินาที !! (หรือก็คือ ใน1วินาทีเนี่ย พลังงานที่ผลิตได้จากหลุมดำ M87 จะมีค่าสูงถึง 10 ล้านล้านเท่าของพลังงานทั้งหมดที่กาแล็กซี่ของเราผลิตได้นั่นเอง จัดได้ว่าหลุมดำนี้เป็นแหล่งกำเนิดพลังงานไฟฟ้าชั้นเลิศเลยนะครับ ที่หากเราสามารถนำมาใช้ได้ละก็ เราคงจะไม่มีวันได้ใช้หมดเป็นแน่) หรือคิดเป็นตัวเลขก็คือปริมาณพลังงานขนาด 5 x 10^36 จูนต่อวินาที (มันเป็นตัวเลขที่มหาศาลมากครับ ถ้าใครอยากลองดูก็ได้ ง่ายๆก็คือ การเขียนเลข 5เอาไว้ก่อน จากนั้นก็ตามมาด้วยเลข 0 อีก 36 ตัว)

และจากการเฝ้าสังเกตุหลุมดำดวงนี้ก็ยังพบอีกว่า ตำแหน่งของมันไม่เชิงอยู่ ณ ใจกลางของกาแล็กซี่ Messier 87 เป๊ะสักทีเดียว เพราะว่ามันมีลักษณะการเคลื่อนตัวที่เยื้องออกไปจากจุดศูนย์กลางอยู่ราว 23 ปีแสง โดยนักดาราศาสตร์คาดว่า การที่มันเคลื่อนหนีออกไปจากตำแหน่งของจุดศูนย์กลางเล็กน้อยนั้น ก็เป็นผลมาจาก ลำเจ็ท ที่พุ่งออกมาจากหลุมดำในทางเดียว อันไปทำให้ M87 ได้เกิดการเคลื่อนที่ไปในทิศตรงกันข้ามกับลำเจ็ทนี้นั่นเอง

ขอบฟ้าเหตุการณ์คืออะไร?

ขอบฟ้าเหตุการณ์ หรือ event horizon นี้มันก็คือ พรมแดนสุดท้ายที่กั้นระหว่างจักรวาลของเรากับความมืดมิด (ความไม่รู้) ซึ่งนี้ก็หมายความว่าหากมีมวลสารใดๆก็ตาม หรือแม่แต่แสง รวมไปถึงอวกาศและเวลาก็ด้วย ได้ก้าวข้ามผ่านเส้นขอบฟ้าเหตุการณ์ไปแล้วละก็ ทุกสิ่งจะมุ่งหน้าไปสู่สถานที่เดียวกัน ซึ่งสถาณที่แห่งนั่นจะเรียกว่า singularity หรือ เอกภาวะ แล้ว singularity คืออะไร หากวิเคราะห์โดยใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอสไตน์ ก็จะอธิบายได้ว่า singularity ก็คือ จุดความหนาแน่นของสสารและพลังงานอันมีค่าเป็นอนันต์ รวมไปถึงอวกาศและเวลาที่จะถูกบิดม้วนไปอย่างไม่รู้จบ ดังนั้นกฎฟิสิกส์ใดๆก็ตามที่เรารู้จักกันในจักรวาลแห่งนี้ ก็จะไม่สามารถใช้การได้อีกต่อไป โดยในทางคณิตศาสตร์แล้ว singularity จะปรากฎให้เห็นได้ในในรูปแบบของ 0 มิติ หรือก็คือพื้นที่ๆเป็นจุดๆเดียว และไม่มีปริมาตรใดๆทั้งสิ้น เพราะจุดๆนี้มันมีความหนาแน่นเป็นค่าอนันต์นั่นเอง แต่ตามหลักการแล้วซิงกูลาริตี้อาจมีลักษณะเป็นเส้นของ 1 มิติ ได้อยู่ หรือจะเป็นในรูปแบบของแผ่น 2 มิติ ก็ได้เช่นกัน ดังตัวอย่างในกรณีของหลุมดำแบบหมุน (spinning black hole) หรือหลุมดำ M87 นั่นเอง

โดยสรุปง่ายๆก็คือหากเราหลุดเข้าไปอยู่ในหลุมดำแล้ว เราก็จะไม่มีวันได้ออกมาข้องนอกอีก เช่นต่อให้เราพยายามส่องไฟฉายออกมาจากภายในหลุมดำก็ตาม ก็จะพบว่า แสงจากไฟฉายที่ส่องออกมานั้น มันก็จะยังคงมีทิศทางในการเคลื่อนที่เข้าไปสู่ใจกลางหลุมดำอยู่ดี นี้จึงเป็นสาเหตุว่าทำไมหลุมดำจึงมืดมิดอยู่ตลอดเวลา (แต่ถึงอย่างนั้น หากมีผู้ใจกล้าคนใด ที่อาจยอมสละชีวิตตัวเอง เพื่อลงไปเสาะแสวงหาความลึกลับภายในหลุมดำแล้วละก็ เขาคนนั้นก็น่าจะเสียชีวิตไปแล้ว ก่อนที่จะได้ก้าวข้ามผ่านเส้นขอบฟ้าเหตุการณ์เสียด้วยซ้ำ เพราะเนื่องจากการแผ่รังสีความร้อนอันมหาศาลอยู่โดยรอบหลุมดำนั้น มันน่าจะทำให้ทุกสิ่งทุกอย่างที่ได้เคลื่อนเข้าไปใกล้ ได้เกิดการมอดไหม้สลายหายไปหมด

Sci Ways
Sci Ways
นักเดินทางข้ามกาลเวลา

ใส่ความเห็น

Facebook
กลับสู่บนสุด