ในที่สุดก็ได้เห็น.. เผยภาพ หลุมดำ Black Hole ครั้งแรกในประวัติศาสตร์โลก

เปิดภาพประวัติศาสตร์ ถ่ายเห็นหลุมดำเป็นครั้งแรก พบห่างจากโลก 55 ล้านปีแสง อยู่ในกาแล็กซี Messier 87 หรือ M87 ตอกย้ำทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์

ภาพจาก Nasa

เมื่อวันที่ 10 เมษายน 2562 เว็บไซต์ นาซา มีการเปิดเผยภาพหลุมดำ เป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ โดยหลุมดำดังกล่าว อยู่ในกาแล็กซี Messier 87 หรือ M87 ซึ่งอยู่ห่างจากโลก 55 ล้านปีแสง

ขณะที่ เฟซบุ๊ก Jessada Denduangboripant ของนายเจษฎา เด่นดวงบริพันธ์ อาจารย์คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย มีการให้ข้อมูลเพิ่มเติม ดังนี้

       ภาพที่เห็นนี้เป็นภาพของหลุมดำที่จับภาพด้วยกล้องโทรทรรศน์อีเวนต์ฮอไรซัน (Event Horizon Telescope หรือ EHT) ซึ่งเป็นครั้งแรกที่นักดาราศาสตร์สามารถจับภาพได้ แล้วจะปฏิวัติความรู้ความเข้าใจของเราเกี่ยวกับเทหวัตถุในอวกาศอันยิ่งใหญ่นี้

       ภาพของหลุมดำที่ได้นั้น เห็นวงแหวนของฝุ่นและก๊าซที่ล้อมรอบหลุมดำตรงกลาง ซึ่งหลุมดำนี้อยู่ที่ใจกลางของกาแล็กซี Messier 87 แล้วอยู่ห่างจากโลกไป 55 ล้านปีแสง

       ตัวของหลุมดำเองนั้น ไม่สามารถมองเห็นได้ เนื่องจากมันมีสภาพที่ดึงดูดเอาสสารและแสงเข้าไป โดยไม่อาจเล็ดลอดหนีออกมา แต่วิธีการที่พวกนักดาราศาสตร์เขาใช้ในครั้งนี้ ทำให้สามารถจะแสดงบริเวณที่เป็น "ขอบฟ้าเหตุการณ์หรือ Event Horizon" ของหลุมดำได้

       กล้องโทรทรรศน์ EHT ที่ใช้ในการสังเกตการณ์ครั้งนี้ ความจริงแล้วเป็นเครือข่ายของกล้องโทรทรรศน์วิทยุจำนวน 8 ตัว ที่ครอบคลุมพื้นที่ตั้งแต่ขั้วโลกใต้ ไปจนถึงสเปนและชิลี และมีนักวิทยาศาสตร์ร่วมทำงานมากกว่า 200 คน

ภาพที่ได้นั้น ออกมารูปทรงเหมือนกับจานขยายตัว (Accretion Disc) หรือเป็นโดนัทที่มีรูตรงกลาง ซึ่งก็เป็นฝุ่นและแก๊สที่กำลังถูกป้อนอยู่อย่างต่อเนื่องเข้าไปในหลุมดำด้านใน

ภาพจาก Nasa

       กล้องโทรทรรศน์ EHT ใช้วิธีการตรวจจับการแผ่รังสีที่ปลดปล่อยออกมาจากอนุภาคภายในจานโค้งนั้น ซึ่งมีอุณหภูมิสูงหลายพันล้านองศา ในขณะที่พวกมันเคลื่อนที่หมุนไปรอบหลุมดำ ด้วยความเร็วที่เกือบจะใกล้กับความเร็วของแสง ก่อนที่จะถูกดูดหายลงไปในหลุม

       การที่เรามองวงแหวนของหลุมดำ เห็นเป็นเหมือนรูปพระจันทร์เสี้ยวนั้น ก็เพราะว่าพวกอนุภาคที่อยู่ด้านข้างของจานขยายตัว ที่กำลังหันในทิศมาทางโลกของเรา ด้วยความเร็วกว่าอีกด้านหนึ่ง และทำให้ดูเหมือนกับสว่างกว่าด้านหนึ่ง

       ส่วนเงาด้านที่มืดนั้น แสดงให้เห็นถึงขอบของ "ขอบฟ้าเหตุการณ์" ซึ่งเป็นจุดที่แสงและอนุภาคใด ๆ ที่ผ่านจุดนี้ไปแล้ว จะไม่สามารถเคลื่อนที่ได้รวดเร็วที่จะหนีจากแรงดึงดูดมหาศาลของหลุมดำ และทำให้ไม่อาจย้อนกลับออกมาได้อีก

หลุมดำนั้นถูกทำนายเป็นครั้งแรกจากทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ แม้ว่าตัวไอสไตน์เองนั้นก็เคยสงสัยเหมือนกันว่ามันมีอยู่จริงหรือเปล่า หลังจากนั้นเหล่านักดาราศาสตร์ก็เก็บรวบรวมหลักฐานได้อีกมากมาย ว่าหลุมดำนั้นมีอยู่จริงในอวกาศ รวมทั้งการที่เพิ่งจะตรวจจับคลื่นแรงโน้มถ่วงได้เมื่อเร็ว ๆ นี้ ซึ่งเกิดจากการชนกันของหลุมดำคู่หนึ่ง

ภาพจาก Nasa

แต่หลุมดำนั้นมักจะมีขนาดเล็ก มืด และอยู่ห่างไกลเกินกว่าที่กล้องโทรทรรศน์ธรรมดาจะสังเกตเห็นมันได้โดยตรง เทียบได้กับการที่ต้องพยายามส่องหาขนมปังบนดวงจันทร์ ซึ่งเคยเชื่อกันว่าเป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้เลย

แต่กล้องโทรทรรศน์ EHT สามารถบรรลุกำลังขยายที่ต้องการนี้ได้ ด้วยการรวบรวมข้อมูลจากหอดูดาววิทยุชั้นนำของโลก 8 แห่ง ซึ่งรวมถึงกล้อง Atacama Large Millimetre Array (Alma) ในประเทศชิลี และกล้องโทรทัศน์ South Pole Telescope ที่ขั้วโลกใต้ ซึ่งทำให้ได้ขนาดรวมเหมือนกับกล้องโทรทัศน์ที่ใหญ่เทียบเท่ากับโลกของเรา

ตอนที่กล้อง EHT เปิดใช้งานเมื่อปี 2017 นั้น มันมีเป้าหมายในการสำรวจอยู่ 2 ที่ คือที่ Sagittarius A* ซึ่งเป็นหลุมดำที่อยู่ตรงกลางของกาแล็กซีทางช้างเผือก และมีขนาดมวลประมาณ 4 ล้านเท่าของดวงอาทิตย์

ตอกย้ำทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์

ทางด้านเพจ สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ Fan Page ซึ่งได้เกาะติดการแถลงข่าวครั้งสำคัญในวงการดาราศาสตร์โลก อย่างการเผยภาพหลุมดำ ก็ได้ร่วมสรุปประเด็นสำคัญจากการแถลงข่าวดังกล่าว โดย ดร.ศรัณย์ โปษยะจินดา ผู้อำนวยการสถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ

ดร.ศรัณย์ เผยว่า ตั้งแต่ช่วงต้นศตวรรษที่ 20 หรือราว 100 ปีที่แล้ว ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ ทำให้มีการคาดการณ์ว่ามีบริเวณของสเปซไทม์ หรือ "กาลอวกาศ" ที่มีมวลสูงมาก ทำให้มีความโน้มถ่วงสูงมาก สูงกระทั่งความเร็วหลุดพ้นมากกว่าความเร็วแสง หรือพูดง่าย ๆ คือแม้กระทั่งแสงก็ไม่อาจหลุดพ้นออกมาจากบริเวณนั้น หรือวัตถุนั้นได้ เราเรียกสิ่งนี้ว่า "หลุมดำ"

ดังนั้น จึงไม่ใช่เรื่องที่สามารถศึกษาได้โดยง่าย ต้องศึกษาโดยทางอ้อม เราไม่สามารถถ่ายภาพหลุมดำได้โดยตรง นอกจากนี้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ยังบอกว่า หลุมดำ มีขนาดที่เล็กมาก บริเวณขอบเขตของมันที่แสงไม่สามารถหลุดพ้นออกมาได้ เราเรียกว่าเป็น "ขอบฟ้าเหตุการณ์" (Event Horizon)

ที่ผ่านมาเราสามารถศึกษาหลุมดำได้จากการปลดปล่อยรังสีเอ็กซ์ของอนุภาค หรือวัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงรอบ ๆ หลุมดำ มีแหล่งรังสีเอ็กซ์ประเภทนี้หลายที่ในเอกภพรวมทั้งในทางช้างเผือกของเราด้วย ซึ่งที่ใหญ่ที่สุดในกาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา ก็อยู่บริเวณใจกลางกาแล็กซี น่าจะเป็นหลุมดำที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์เป็นสิบล้านเท่า ในบริเวณนั้นดาวฤกษ์ต้องโคจรด้วยความเร็วสูง อนุภาคที่โคจรอยู่โดยรอบจะปลดปล่อยรังสีชนิดซินโครตรอน ใช่วงรังสีเอ็กซ์ออกมา ทำให้เราทราบว่าน่าจะมีหลุมดำอยู่บริเวณนั้น

แต่ที่ผ่านมาเทคโนโลยีของมนุษย์ยังไม่สามารถถ่ายภาพหลุมดำได้โดยตรง ก่อนหน้านี้ไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีข่าวว่าสามารถตรวจจับหลุมดำได้โดยตรง จากการเกิดคลื่นความโน้มถ่วง ไม่ใช่วิธีทางอ้อมอย่างรังสีเอ็กซ์ ซึ่งเป็นเหตุการณ์ที่เกิดจากการที่หลุมดำชนกัน แล้วปลดปล่อยคลื่นความโน้มถ่วง เป็นไปตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ทุกประการ แต่ตอนนั้นยังคงถ่ายภาพไม่ได้

แต่ล่าสุดเป็นความพยายามของนักดาราศาสตร์ ที่ต้องการถ่ายภาพหลุมดำโดยตรงให้ได้ จึงเกิดโครงการเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์อีเวนต์ฮอไรซัน (Event Horizon Telescope : EHT) เป็นการทำงานร่วมกันของกล้องโทรทรรศน์วิทยุความถี่สูง ของหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์วิทยุ 8 แห่ง ซึ่งเมื่อกล้องทั้ง 2 แห่งสังเกตการณ์วัตถุเดียวกัน ในเวลาเดียวกัน แล้วนำข้อมูลมาประมวลผลด้วยเทคนิค "การแทรกสอดระยะไกล" (Very Long Baseline Interferometer : VLBI) จะให้ผลเสมือนกับเราใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ เท่ากับระยะห่างของกล้องเหล่านั้น ซึ่งมีขนาดใกล้เคียงกับขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของโลก ในการถ่ายภาพ

ทั้งนี้ ขีดจำกัดของกล้องทั่วไปคือ หากต้องการเห็นวัตถุขนาดเล็กได้ ต้องใช้กล้องที่มีขนาดหน้ากล้องใหญ่ ในกรณีนี้เหมือนกับการใช้กล้องที่มีขนาดใหญ่เท่าโลกได้ จากการศึกษาของ EHT ซึ่งเกิดขึ้นราว 2 ปีที่ผ่านมา มีการนำข้อมูลปริมาณมหาศาล ระดับเพตะไบต์ (PB) มาทำการประมวลผลและสร้างภาพออกมา ทำให้เห็นตัวหลุมดำซึ่งฝังอยู่ในเงาของมันอีกที เป็นหลุมดำที่อยู่ใจกลางกาแล็กซี M87 ในกลุ่มดาวหญิงสาว (Virgo)

กาแล็กซี M87 เป็นที่รู้มานานแล้วว่าจะต้องมีหลุมดำมวลยิ่งยวดมหาศาลอยู่บริเวณนั้น เพราะมีพฤติกรรมที่ปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงรังสีเอ็กซ์ออกมา จึงเป็นเป้าหมายแรก และจากการคาดการณ์จากการคำนวณโดยการสังเกตบริเวณรอบ ๆ พบว่าหลุมดำกลางกาแล็กซี M87 น่าจะมีมวลถึง 6,500 ล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ อยู่ห่างจากโลก 55 ล้านปีแสง ฉะนั้นขนาดของหลุมดำรวมถึงเงาน่าจะอยู่ราว 40,000 ล้านกิโลเมตร

***หมายเหตุ : อัปเดตข้อมูลล่าสุดเมื่อเวลา 11.02 วันที่ 11 เมษายน 2562