สมาคมดาราศาสตร์ไทย

การแถลงข่าวภาพหลุมดำภาพแรกในโลก

การแถลงข่าวภาพหลุมดำภาพแรกในโลก

24 เมษายน 2562 โดย: วิษณุ เอื้อชูเกียรติ
อะแมนดา กรีนเวลล์ 

ขอต้อนรับสู่การแถลงข่าว ที่จัดโดย  National science foundation (NSF) และโครงการกล้องโทรทรรศน์ Event Horizon (EHT) 

ขอบคุณทุกท่านที่มาในวันนี้ ดิฉันชื่ออะแมนดา กรีนเวลล์ ทำงานที่ National Science Foundation เป็นผู้อำนวยการแผนกกฎหมายและกิจการสาธารณะ ดิฉันขอแนะนำคณะผู้ทรงคุณวุฒิในวันนี้
• ดร.ฟรานซ์ คอร์โดวา ผู้อำนวยการใหญ่ National Science Foundation 
• เชพาร์ด โดลแมน ผอ.โครงการกล้องโทรทรรศน์ Event Horizon จากศูนย์ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ ฮาร์วาร์ดและสมิทโซเนียน
• แดน มาร์โรนี สมาชิกสภากล้องโทรทรรศน์ Event Horizon (EHT) และ รศ. สาขาดาราศาสตร์ จากมหาวิทยาลัยแอริโซนา
• เอเวอรี บรอเดอริก เป็น กก.อำนวยการโครงการกล้องโทรทรรศน์ และศาสตรเมธาจารย์วีเลอร์ทางฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่สถาบันเพริมีเตอร์ และรศ. แห่ง ม.วอเตอร์ลู
• เซรา มาร์คอฟฟ์ สมาชิกสภากล้องโทรทรรศน์ Event Horizon (EHT) ศาสตราจารย์ทางฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่มหาวิทยาลัยอัมสเตอร์ดัม และผู้ประสานงานการอบรมเชิงปฏิบัติการหลากความยาวคลื่นของ EHT
เราจะให้เวลาสำหรับคำถามหลังการแถลงของคณะผู้ทรงคุณวุฒิ ขอให้ทุกท่านเก็บคำถามไว้จนกว่าจะถึงตอนนั้น

ตอนนี้ขอมอบเวทีให้กับ ดร. คอร์โดวา

ดร.ฟรานซ์ คอร์โดวา] 

สวัสดีค่ะ ขอบคุณที่มาอยู่กับเราในช่วงเวลาประวัติศาสตร์นี้ ดิฉันขอต้อนรับเป็นพิเศษแก่ ผอ.สำนักงานนโยบายวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีจากทำเนียบขาว และประธานกรรมการคนปัจจุบันของคณะกรรมการวิทยาศาสตร์แห่งชาติ คุณไดแอน และคนก่อน คุณมาเรีย

วันนี้ กล้องโทรทรรศน์ Event Horizon จะประกาศการค้นพบที่จะเปลี่ยนสถานะและเพิ่มพูนความเข้าใจของเราเกี่ยวกับหลุมดำ ในฐานะนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ วันนี้เป็นวันที่น่าตื่นเต้นมากสำหรับดิฉัน

หลุมดำ ประทับอยู่ในจินตนาการของนักวิทยาศาสตร์และสาธารณชนมานานหลายทศวรรษ อันที่จริง เราศึกษาหลุมดำมานานมาก จนบางทีเราอาจจะลืมแล้วไปว่าไม่มีใครคนไหนเคยเห็นหลุมดำจริงๆ เลย

แน่ละ เรามีแบบจำลองและภาพวาด ด้วยอุปกรณ์ที่ทุนจาก National Science Foundation (NSF) เราได้ตรวจพบหลุมดำคู่ที่รวมตัวกันในอวกาศ เราสังเกตเห็นการถ่ายโอนสสารเป็นครั้งคราวจากดาวสหายไปยังหลุมดำ หลุมดำขนาดใหญ่บางดวงสร้างอนุภาคและรังสี

เราสังเกตพบสสารขนาดเล็กกว่าอะตอมที่ถูกหลุมดำเหวี่ยงไปไกลหลายล้านปีแสง แต่ที่เราไม่เคยเห็นเลย คือ ขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำ จุดที่ไม่มีอะไรหวนกลับออกมาได้ แม้แต่แสงก็ส่องกลับออกมาจากหลุมดำไม่ได้

เรามาถึงตรงนี้ได้อย่างไร ก็ด้วยจินตนาการและความทุ่มเทของวงการวิทยาศาสตร์ทั่วโลกที่มุ่งมั่นจะร่วมมือกันทำจุดมุ่งหมายยิ่งใหญ่ให้สำเร็จ ด้วยอุปกรณ์มากมายจากนานาชาติที่เข้าร่วมโครงการ และด้วยการสนับสนุนด้านเงินทุนระยะยาวจาก NSF และผู้สนับสนุนรายอื่น ผู้ต่างเต็มใจเสี่ยงกับการไล่ตามสิ่งที่อาจให้การตอบแทนที่ยิ่งใหญ่ในที่สุด

หากปราศจากความร่วมมือของนานาชาติ ทั้งสถานที่และอุปกรณ์ การลงแรงจากนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรหลายสิบคน และเงินทุนที่ต่อเนื่อง โครงการ Event Horizon ย่อมเกิดขึ้นไม่ได้

ไม่มีกล้องโทรทรรศน์หนึ่งใดบนโลกที่ให้ภาพหลุมดำซึ่งพร่ามัวน้อยถึงขนาดใช้งานได้ ทีมที่เรามีทำสิ่งที่นักวิจัยที่ดีพึงกระทำ นั่นคือสร้างนวัตกรรม กว่าห้าทศวรรษมาแล้ว นักวิจัยผู้รับทุนของ NSF ได้มีส่วนเป็นผู้นำในการพัฒนามาตรแทรกสอดเส้นฐานไกลมาก ซึ่งเพิ่มวิสัยสามารถของกล้องโทรทรรศน์

ทีมปัจจุบันนำแนวคิดนั้นมาขยายถึงระดับโลก ด้วยการต่อเชื่อมกล้องทั้งหมดให้กลายเป็นแถวลำดับเสมือนขนาดใหญ่เท่าโลก ซึ่งเป็นงานใหญ่มหึมา เต็มไปด้วยปัญหาทางเทคนิคมากมายที่ต้องแก้ไข เป็นการทำงานที่น่าทึ่ง จน NSF กล้าลงทุนไป 28 ล้านดอลลาร์ในเวลากว่าหนึ่งทศวรรษ เป็นการสนับสนุนร่วมกับอีกหลายองค์กร ให้นักวิจัยแปรสภาพความคิดของพวกเขาให้เป็นความจริง

ดิฉันเชื่อว่าสิ่งที่คุณกำลังจะได้เห็นจะแสดงถึงสิ่งที่จะประทับอยู่ในความทรงจำของผู้คน โครงการ Event Horizon เป็นพยานของพลังแห่งความร่วมมือ การบรรจบ และการแบ่งปันทรัพยากร ซึ่งพาให้เราสามารถรับมือกับปริศนาใหญ่ๆ ของเอกภพได้
ถึงตอนนี้ ดิฉันจะส่งเวทีต่อให้แก่คณะนักวิจัยผู้ทรงคุณวุฒิของเรา
[ปรบมือ]

เชพาร์ด โดลแมน 

ขอบคุณครับ หลุมดำเป็นวัตถุที่แปลกประหลาดที่สุดในเอกภพ  มันถูกห้อมล้อมไว้ด้วยขอบฟ้าเหตุการณ์ซึ่งดึงดูดแสงไว้ไม่ให้ส่องออกมาได้เลย แต่ถึงอย่างนั้น สสารที่ตกลงไปถึงขอบฟ้าเหตุการณ์ก็จะร้อนขึ้นอย่างมหาศาล ฉะนั้นก่อนที่มันจะผ่านเข้าไปถึงหลุมดำ มันจะส่องแสงเจิดจ้ามาก

ขณะนี้เราเชื่อว่า หลุมดำมวลยวดยิ่งซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ของเราหลายล้าน หรือหลายพันล้านเท่า มีอยู่ในใจกลางดาราจักรเกือบทั้งหมด แต่เพราะว่าพวกมันมีขนาดเล็กมากเราเลยไม่เคยเห็น ทั้งๆ ที่มันสามารถส่องสว่างได้มากกว่าดาวทั้งหมดในดาราจักรของมันรวมกันเสียอีก


ภาพของหลุมดำที่ดีที่สุดที่เรามี มาจากแบบจำลองประเภทนี้ แก๊สที่ตกเข้าไปจะมีความร้อนสูงมากและเปล่งแสงเป็นวงเมื่อโฟตอนโคจรรอบหลุมดำ ส่วนด้านใน คือปื้นสีดำอันนี้ คือขอบฟ้าเหตุการณ์ที่แสงส่องออกมาไม่ได้

โครงการกล้องโทรทรรศน์ Event Horizon ทุ่มเททำงานด้วยความคิดว่า เราสามารถถ่ายภาพหลุมดำนี้ และเราก็จะสามารถวางไม้บรรทัดพาดเงานี้ วัดขนาดวงโฟตอน และทดสอบว่าทฤษฎีไอน์สไตน์ยังใช้ได้อยู่หรือไม่

เรายังจะสามารถเข้าถึงบริเวณในเอกภพที่เราจะศึกษาอนุภาคพลังงานสูงได้อย่างละเอียด และเรียนรู้ว่าหลุมดำเป็นวัตถุหลักในแก่นดาราจักรได้อย่างไร

ในงานนี้เราต้องทำงานกว่าทศวรรษเพื่อเชื่อมต่อกล้องโทรทรรศน์รอบโลก ในงานสร้างจานรับคลื่นเสมือนที่มีขนาดเท่ากับโลก กล้องโทรทรรศน์ที่ได้จึงมีความละเอียดสูงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้จากพื้นผิวโลก เท่ากับความสามารถ ในการอ่านเลขปีบนเหรียญ 25 เซนต์ในเมืองลอสแอนเจลิส จากที่ที่เรายืนอยู่ในวอชิงตันดีซีนี้

เมื่อเดือนเมษายน 2017 จานรับคลื่นทั้งหมดบิดไป หมุนไป และมองไปที่ดาราจักรที่อยู่ไกลจากเรา 55 ล้านปีแสง ชื่อว่า M87 ดาราจักรนี้มีหลุมดำมวลยวดยิ่งอยู่ที่แก่น และเรามีความยินดีที่จะรายงานแก่คุณในวันนี้ว่า เราได้เห็นสิ่งที่เราเคยคิดว่ามองเห็นไม่ได้ เราได้เห็นและได้ถ่ายภาพหลุมดำแล้ว
รูปนี้ครับ


นี่เป็นความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่  สิ่งที่คุณเห็นอยู่นี้คือโฟตอนในวงโคจรรอบสุดท้าย สิ่งที่คุณเห็นคือหลักฐานของขอบฟ้าเหตุการณ์ และด้วยการวางไม้บรรทัดพาดหลุมดำนี้ บัดนี้เรามีหลักฐานเชิงประจักษ์ของหลุมดำ เรารู้แล้วว่าหลุมดำที่หนัก 6,500 เท่าของดวงอาทิตย์มีอยู่ในใจกลางดาราจักร M87 มันเป็นหลักฐานที่หนักแน่นที่สุดในขณะนี้ที่ยืนยันการมีอยู่ของหลุมดำ

รูปร่างของเงาดำยังสอดคล้องกับความเที่ยงที่ได้จากการวัดตามคำทำนายของไอน์สไตน์ แถบสว่างทางใต้ที่คุณเห็นบอกเราว่าสสารที่เคลื่อนที่รอบหลุมดำนั้นเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง ซึ่งสอดคล้องกับแบบจำลองและคำทำนายของเราด้วย

รูปนี้สร้างความเกี่ยวโยงที่ชัดเจนระหว่างหลุมดำมวลยวดยิ่งกับกลไกของดาราจักรสว่าง ตอนนี้เรารู้ชัดแล้วว่าหลุมดำเป็นตัวขับเคลื่อนโครงสร้างขนาดใหญ่ในเอกภพจากบ้านของมันในดาราจักรเหล่านี้ และตอนนี้เราก็มีวิธีใหม่ที่ไม่เคยมีมาก่อนสำหรับศึกษาสัมพัทธภาพทั่วไปของหลุมดำ และเช่นเดียวกับการค้นพบอันยิ่งใหญ่ทั้งหลาย นี่เป็นเพียงการเริ่มต้นเท่านั้น

การสร้างภาพหลุมดำไม่ใช่สิ่งที่ทำได้ง่ายๆ ผมบอกคุณได้เลยจากประสบการณ์ส่วนตัว งานอย่างนี้ต้องใช้การพัฒนาระยะยาว ใช้ทีมที่ตั้งใจทุ่มเท แต่ก็ต้องมีปรากฏการณ์ที่น่าสนใจในจักรวาลเกิดขึ้นอย่างประจวบเหมาะด้วย เช่นในแก๊สร้อนที่หมุนวนรอบหลุมดำ โฟตอนหนึ่งที่พุ่งออกมาจากที่ใกล้ขอบฟ้าเหตุการณ์ จะต้องเดินทางผ่านแก๊สร้อนที่กำลังตกลงไปในหลุมดำ และลำแสงที่มีความยาวคลื่นหนึ่งมิลลิเมตร คือคลื่นวิทยุ ก็เริ่มเดินทาง ไม่ใช่ทั้งหมดที่ออกมาได้ แล้วคลื่นวิทยุนั้นจะต้องแผ่ออก 60,000 ปีให้ทะลุออกจากดาราจักร M87 แล้วผ่านอวกาศระหว่างดาวอีก 55 ล้านปี กว่าที่มันจะมาถึงบรรยากาศโลก ซึ่งเป็นศัตรูที่ร้ายที่สุด อันตรายร้ายแรงที่สุดคือการที่คลื่นวิทยุถูกไอน้ำในบรรยากาศของเราดูดซับไว้

กล้องโทรทรรศน์ Event Horizon จึงจำเป็นต้องใช้กล้องโทรทรรศน์ที่ตั้งอยู่ในพื้นที่สูงและแห้ง เพื่อให้สามารถเห็นโฟตอนที่เดินทางแสนไกลจนมาถึงเรา แต่เงากลาง M87 นั้นเล็กมากเมื่อเทียบกับดาราจักรที่ล้อมรอบ การจะเห็นมันได้เราต้องสร้างกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่เท่าโลก ซึ่งทำได้ด้วยเทคนิคมาตรแทรกสอดเส้นฐานไกลมาก


คลื่นวิทยุจากหลุมดำที่มาถึงกล้องโทรทรรศน์วิทยุจะถูกบันทึกด้วยความเที่ยงตรงระดับนาฬิกาอะตอม ที่ใน 10 ล้านปีจะผิดพลาดเพียงวินาทีเดียว เมื่อคุณบันทึกคลื่นแสงเหล่านี้อย่างเที่ยงตรงแล้ว คุณก็สามารถเก็บมันไว้ในฮาร์ดดิสก์ ส่งไปที่ศูนย์ปฏิบัติการ ที่นั่นคลื่นจะถูกผสมรวมกันอย่างเที่ยงตรง นี่คือหลักการเดียวกันกับที่กระจกในกล้องโทรทรรศน์เชิงแสงสะท้อนทุกลำแสงเข้าไปที่จุดโฟกัสหนึ่งเดียวในเวลาเดียวกัน

เมื่อเราทำอย่างนี้ เราก็สามารถสังเคราะห์กล้องโทรทรรศน์ที่มีกำลังแยกภาพมากขึ้น โดยเสมือนว่าเป็นกล้องขนาดจานเท่ากับระยะระหว่างกล้องโทรทรรศน์จริงในเครือข่าย เป็นการแปรโลกเป็นกล้องโทรทรรศน์เสมือนอย่างแท้จริง


หอดูดาวที่เราใช้มีที่ไหนบ้างดูได้ที่นี่ เรามีกล้องโทรทรรศน์จากฮาวาย แอริโซนา เม็กซิโก ชิลี ขั้วโลกใต้ สเปน ถึงขนาดนี้แล้ว ด้วยเครือข่ายทั่วโลกอย่างนี้ โดยตัวมันเองก็ยังไม่พอที่จะสร้างภาพ มันก็เหมือนกระจกเงาบานใหญ่ที่ฉาบผิวสะท้อนไว้นิดเดียว กุญแจสำคัญคือโลกหมุนได้ ในแต่ละคืนเราจึงสามารถกวาดไปให้ได้เส้นฐานมากขึ้น ทำให้กระจกเสมือนครอบคลุมได้มากขึ้นในการสร้างภาพของเรา


ที่คุณเห็นทางซ้ายคือโลกกำลังหมุน แต่ละคู่ของกล้องโทรทรรศน์จะให้จุด จุด ที่กึ่งกลางของเส้นที่ลากระหว่าง กล้อง และทางขวาที่คุณเห็นคือภาพที่ค่อยๆ สะสมตัวขึ้น ข้อมูลยิ่งมากเรายิ่งเติมภาพเข้าไปในกระจกเสมือนนี้ได้มากขึ้น ภาพหลุมดำก็จะยิ่งคมชัดมากขึ้น

ฉะนั้นเราจึงได้ใช้ประโยชน์จากโอกาสที่จักรวาลมอบให้ เป็นเรื่องน่าทึ่งถ้าคุณคิดถึงเรื่องนี้ แสงที่ออกจากจุดใกล้ขอบฟ้าเหตุการณ์ เดินทางไกลขนาดนี้ผ่านอวกาศระหว่างดาวจนมาชนกล้องโทรทรรศน์ของเราได้ โลกก็บังเอิญมีขนาดเหมาะ ทำให้เรามีกำลังแยกภาพถึงขนาดที่สามารถมองเห็นหลุมดำและดาราจักร M87 แล้วโลกก็หมุนเพื่อเติมภาพในกระจกจนเราสามารถสร้างภาพนี้ขึ้นมาได้ 

เป็นเรื่องน่าทึ่ง บางทีก็ชวนให้เราคิดว่าเราตัวเล็กนิดเดียว

พวกเราบนเวทีนี้เป็นสมาชิก คนในงานที่เป็นความร่วมมือของคนจำนวนมาก เป็นเกียรติแก่เราอย่างยิ่งที่ได้มาเป็นตัวแทนของความร่วมมือนี้ กลุ่มของเรามีสมาชิก 200 คนจาก 60 สถาบัน เราทำงานในกว่า 20 ประเทศและภูมิภาค เรามองตัวเองเป็นนักสำรวจ ด้วยความร่วมมือในระดับนานาชาติและนวัตกรรม เราได้เปิดเผยส่วนหนึ่งของเอกภพที่เราเคยคิดว่าไม่มีทางมองเห็นได้

เป็นความรับผิดชอบของเราที่จะรายงานการค้นพบเหล่านี้ นี่คือสิ่งที่เราทำอยู่ในวันนี้  คือรายงานต่อ National Science Foundation  หน่วยงานต่างๆ ผู้ให้ทุนเราในระดับนานาชาติ และที่เป็นมูลนิธิ และต่อทุกคนที่สนับสนุนการวิจัย และต่อผู้เสียภาษีด้วย

ธรรมชาติได้ประมวลขึ้นให้เราเห็นถึงบางสิ่งที่เรานึกว่ามองเห็นไม่ได้และเราพบว่ามันยิ่งใหญ่มาก และเราหวังว่าคุณทุกคนจะได้รับแรงบันดาลใจจากสิ่งนี้เช่นกัน

ขอบคุณครับ ถึงตอนนี้ผมจะแนะนำ แดน มาร์โรนี คนที่ผมบอกได้ว่าไปจนสุดโลกจริงๆ เพื่อเก็บข้อมูลที่เราเห็นในวันนี้
[ปรบมือ]

แดน มาร์โรนี 

ขอบคุณครับ
แน่นอนครับ หัวใจของการวัดค่าของเรา คือแถวลำดับ EHT (Event Horizon Telescope) มันจะเป็นงานใหญ่ราคาหลุดโลก ถ้าเราจะสร้างแถวลำดับสำหรับการทดลองนี้อย่างเดียว เราไม่ทำอย่างนั้น สิ่งที่เราทำแทน คือสร้างความร่วมมือระดับนานาชาติ ที่เปิดโอกาสให้เราสามารถใช้กล้องโทรทรรศน์รับคลื่นระดับต่ำกว่ามิลลิเมตรทุกกล้องในโลก เพื่อการวัดค่าซึ่งกล้องใดกล้องหนึ่งไม่สามารถวัดได้ตัวยตัวของมันเอง


ถ้าคุณมีกล้องโทรทรรศน์ในมือที่แต่ละกล้องมีคุณภาพต่างกัน แต่คุณต้องรวมกล้องทั้งหมดขึ้นมาเป็นกล้องโทรทรรศน์ยักษ์หนึ่งกล้อง นี่คือความท้าทายทางเทคนิคอย่างมาก

ในช่วงปีก่อนจะเกิดการทดลองของเรา เราเที่ยวไปดูกล้องโทรทรรศน์ทีละกล้องทั่วโลกเพื่อติดตั้งฮาร์ดแวร์พิเศษที่จำเป็นสำหรับงานของเรา กล้องส่วนใหญ่มีตัวตรวจวัดซึ่งให้ค่าที่เรานำมาใช้ได้ แต่เกือบทั้งหมดไม่มีนาฬิกาอะตอมที่เราต้องใช้ และที่แน่ๆ คือทั้งหมดไม่มีเครื่องบันทึกข้อมูลที่เราจะใช้

ในบางที่เราต้องทำมากกว่านั้นอีก ตัวอย่างที่ดีคือที่กล้องโทรทรรศน์อัลมาในชิลี อัลมาเป็นแถวลำดับประกอบด้วยจานรับ 66 ใบ เป็นกล้องโทรทรรศน์ที่ไวสัญญาณที่สุดของเรา และความไวนี้มีส่วนพลิกความคิดของเราในการทดลองนี้ทีเดียว แต่การจะใช้มันได้ ไม่ใช่แค่ติดตั้งฮาร์ดแวร์พื้นฐานแล้วจะเสร็จ เราต้องมีฮาร์ดแวร์พิเศษที่สามารถรวมแสงจากทุกจานรับก่อนข้อมูลจะพร้อมส่งเข้าเครื่องบันทึกของเรา
งานนี่อย่างเดียวก็กินเวลาโครงการไปหลายปี และต้องใช้ความร่วมมือของเจ้าหน้าที่นานาชาติจาก EHT และจากโครงการอัลมาด้วย

ตัวอย่างที่ดีอีกตัวอย่างหนึ่งคือกล้องโทรทรรศน์ขั้วโลกใต้ ขั้วโลกใต้เป็นที่พิเศษในระบบแถวลำดับของเรา มันอยู่ใต้ลงไปไกลมากจนเพิ่มความละเอียดของ EHT อีกสองเท่าสำหรับแหล่งสัญญาณที่ระบบมองเห็น แต่กล้อง SBT ถูกออกแบบมาให้วัดค่าอย่างอื่นที่ต่างไปโดยสิ้นเชิง ฉะนั้นตัวตรวจวัดของกล้องจึงไม่ใช่ตัวตรวจวัดที่เราต้องการ

ฉะนั้นนอกจากจะต้องนำนาฬิกาอะตอมและฮาร์ดแวร์ที่เราต้องการลงไปด้วยแล้ว เรายังต้องสร้างเครื่องรับพิเศษซึ่งจะสามารถตรวจวัดแสงที่เราต้องการ และยังมีระบบเชิงแสงพิเศษสำหรับส่งคลื่นที่รับได้ และติดตั้ง รวมทั้งทำให้มันทำงานได้ในอากาศเย็นจัด และบางทีก็โหดร้ายตามปกติของสิ่งแวดล้อมเขตแอนตาร์กติก

เรื่องนี้เป็นภารกิจหลายปีสำหรับพวกเราหลายคน เราต้องเดินทางลงไปหลายครั้ง ทั้งตัวผมและนักศึกษาบัณฑิตศึกษา และวิศวกรคนอื่นด้วย แต่ในที่สุดเราก็ได้กล้องโทรทรรศน์ที่เรียกได้ว่าเป็นสถานีหนึ่งของ EHT

การทำแต่ละสถานีให้ทำงานได้ไม่ใช่จุดสิ้นสุดของกระบวนการ เราต้องทดสอบสถานีทั้งหมดด้วย เพราะคุณมีโอกาสแค่ครั้งเดียว ทุกอย่างต้องทำงานถูกต้องเป๊ะเมื่อคำสั่งในโปรแกรมเริ่มทำงาน เราใช้เวลาหลายปีทีเดียวเข้าไปทีละสถานี จับคู่กับสถานีอื่น และต้องแน่ใจว่าการสังเกตด้วยมาตรแทรกสอดเส้นฐานยาวมากจะใช้ได้ การทดสอบสังเกตการณ์ครั้ง้สุดท้ายเกิดขึ้นในเดือนมกราคม 2017 ถึงเดือนมีนาคม เรารู้แล้วว่าการทดสอบทำงานได้ และเราก็พร้อมปฏิบัติการ

ภาพที่เชปแสดงให้คุณดูมาจากเดือนเมษายน 2017 และสำหรับงานแรกนั้น เราส่งทีมของเราไปที่กล้องโทรทรรศน์ EHT ทั่วโลก งานของพวกเขาคือเปิดเครื่องให้ครบทุกชิ้นส่วน ทดสอบให้มากและอยู่ที่นั่นเพื่อดำเนินการสังเกต

แต่ถึงจะมีทุกอย่างประจำที่พร้อมแล้ว เราก็ยังต้องรอให้อากาศเป็นใจ และตามประสบการณ์ 10 ปีของผมที่ทำการสังเกตทำนองนี้มาก่อน  สภาพอากาศนี่แหละที่มักจะเป็นเหตุแห่งความล้มเหลวของเรา เราต้องมีอากาศดีในฮาวายและสเปนในเวลาเดียวกัน และที่แอริโซนากับขั้วโลกใต้ด้วย เรียกว่าขอกันเยอะเดียว

ในปี 2017 เราโชคดีมาก สามวันแรกของการสังเกตเป็นวันที่สภาพอากาศดีที่สุดเท่าที่เราเคยพบ ตลอดกำหนดการปฏิบัติการ 10 วัน เราเก็บข้อมูลที่เราต้องการได้ทั้งหมดภายใน วัน

เมื่อจบงาน เรามีข้อมูล เพทาไบต์ บันทึกลงในหน่วยบรรจุข้อมูลแบบนี้กว่า 100 ชิ้น รวมน้ำหนักฮาร์ดดิสได้กว่าครึ่งตัน เป็นข้อมูลเยอะทีเดียว มันเท่ากับไฟล์ mp3 ยาว 5,000 ปี หรือที่ได้ยินมาอีกอันหนึ่งก็คือเท่ากับรูปเซลฟี่ในช่วงชีวิตของคน 40,000 คน

รูปที่คุณเห็นไม่ได้ใหญ่ เพทาไบต์ รูปนั้นแค่ไม่กี่ร้อยกิโลไบต์ แปลว่าทีมวิเคราะห์ข้อมูลของเราต้องยุบข้อมูลทั้งหมดนั้นลงมาอยู่ในรูปนี้ คือลดขนาดลงมาถึงกว่า 1000 ล้านเท่า

การลดขนาดทำเป็นขั้นๆ  ขั้นแรกคือนำฮาร์ดดิสก์พวกนี้ไปส่งให้ทีมเทียบสัมพันธ์ในแมสซาชูเซตส์และเยอรมนี วิธีส่งให้เร็วที่สุดสำหรับงานนี้ไม่ใช่อินเทอร์เน็ต แต่เป็นการส่งฮาร์ดดิสขึ้นเครื่องบิน อินเทอร์เน็ตไหนๆ ก็ไม่มีทางสู้เครื่องบิน ด้วยขนาดข้อมูลที่ใหญ่ถึงเพียงนี้

พอข้อมูลไปถึง งานของทีมเทียบสัมพันธ์คือหาหน้าคลื่นแสงจากหลุมดำที่มาถึงกล้องโทรทรรศน์แต่ละกล้อง ดูให้เป็นหน้าคลื่นเดียวกันทั้งหมด พอเจอแล้วเราก็จะปรับแก้เวลาให้เสมอกัน ด้วยวิธีนี้เราจะยุบรวมข้อมูลได้ หาค่าเฉลี่ยได้ แล้วเราก็ลดขนาดข้อมูลได้ 1000 เท่า เรามาอยู่ที่ระดับเทราไบต์ หน่วยที่เราคุ้นเคยกว่า


แต่เรามีงานที่ต้องทำอีกมาก ข้อมูลมีความไม่สมบูรณ์อยู่ ทั้งที่เกิดจากตัวอุปกรณ์เอง และจากบรรยากาศเหนือกล้องโทรทรรศน์ เราทำบางสิ่งที่เรียกว่า fringe fitting ในคลาวด์ ด้วยคลาวด์คอมพิวเตอร์ ซึ่งช่วยให้เราจบงานภายในเวลาเป็นวัน แทนที่จะเป็นสัปดาห์

เราปรับมาตรฐานข้อมูลเพื่อให้รู้แน่ว่าแหล่งแสงของเราสว่างแค่ไหน ผมพูดแบบนี้เหมือนกับมันเป็นงานในคอมพิวเตอร์ แต่นี่คือโครงการสำคัญสำหรับส่วนหนึ่งของทีม ซึ่งส่วนใหญ่เป็นรุ่นน้อง ระดับหลังปริญญาเอกและบัณฑิตศึกษา พวกเขาควรได้รับความขอบคุณอย่างมาก สำหรับความขยันขันแข็งและความมุ่งมั่นของพวกเขา ซึ่งหากปราศจากสิ่งเหล่านี้เราก็สร้างภาพไม่ได้

เมื่อผ่านขั้นตอนทั้งหลายนั้นแล้วเราก็ถึงขั้นตอนการสร้างภาพ ทีนี้ การสร้างภาพด้วยวิธีมาตรแทรกสอดไม่ได้ง่ายเหมือนเวลาดาวน์โหลดรูปจากกล้องถ่ายรูป โชคที่ที่คณิตศาสตร์ที่เราใช้นั้นมีมานานกว่า 200 ปี ฉะนั้นเราจึงเข้าใจหลักการของมันดีอยู่แล้ว แต่ว่าวิธีการจัดการข้อมูล เช่นเดียวกับทุกอย่างในโครงการนี้ ก็จะค่อนข้างซับซ้อนนิดหน่อย เพื่อให้ได้ภาพ ทีมของเราใช้เวลาหลายปีพัฒนาอัลกอริธึมสำหรับสร้างภาพไว้แล้ว ซึ่งสำคัญมากสำหรับผลที่ได้

พอเรื่องมาถึงตรงนี้เราก็มีอัลกอริธึมสร้างภาพให้เลือกใช้หลายชุด แต่ละชุดมีจุดแข็งและจุดอ่อนต่างกัน ขึ้นอยู่กับลักษณะของข้อมูล วิธีที่เราจัดการขั้นตอนสร้างภาพ คือแบ่งคนเป็น ทีมกระจายอยู่ทั่วโลก แต่ละทีมทำงานร่วมกัน โดยเป็นตัวแทนของหลายภูมิภาคในโลก และเราบอกพวกเขาว่า แต่ละกลุ่มอย่าคุยกัน หรือคุยกับคนอื่น ให้เลือกอัลกอริธึมที่คุณคิดว่าดีที่สุด แล้วสร้างภาพจากข้อมูลเหล่านี้

จากนั้น ในฤดูร้อนของปี 2018 เรานำทุกคนกลับมารวมกันในการประชุมที่น่าตื่นเต้นมาก คือการประชุมเชิงปฏิบัติการการสร้างภาพของ EHT ที่แมสซาชูเซตส์ ถ้าคุณไปที่นั่นไม่ได้ คุณจะต้องโทรเข้ามาร่วมทางอินเตอร์เน็ตด้วยอย่างแน่นอน เพราะคุณต้องการเห็นการนำเสนอครั้งนั้น และในการนำเสนอที่น่าตื่นเต้นเราได้เผยให้ทีมอื่น และให้ตัวเราเองด้วย เห็นถึงสิ่งที่เราได้พบ

และสิ่งที่เราเห็นในภาพเหล่านั้นคือภาพที่คล้ายกันมาก ภาพ ซึ่งดูเกือบจะเหมือนกับภาพที่คุณเห็นในวันนี้ คือภาพวงแหวนที่เปล่งแสงล้อมรอบหลุมดำ

วันนั้นเป็นวันแห่งวิทยาศาสตร์ที่วิเศษมาก และผมก็ดีใจ ที่หลังจากการตรวจสอบอย่างระมัดระวังในเวลาไม่กี่เดือนต่อจากนั้น และการเขียนบทความวิชาการ ในที่สุดเราก็สามารถจะแบ่งปันกับคุณได้ในวันนี้

ผมจะส่งเวทีต่อให้กับผู้ร่วมงานของผม เอเวอรี บรอเดอริก เขาจะพูดเกี่ยวกับการตีความภาพถ่าย

เอเวอรี บรอเดอริก 

ขอบคุณครับ ยินดีมากครับที่ได้มาอยู่กับคุณเช้านี้ในช่วงเวลาสุดพิเศษนี้

อย่างที่เชปบอก เราได้เห็นสิ่งที่เห็นไม่ได้ไปแล้ว ทีนี้มันหมายความว่าอย่างไรล่ะ

โฟตอนทุกหน่วยในภาพจาก EHT เหล่านี้เริ่มการเดินทางในความปั่นป่วนหมุนวนที่ฝังตัวอยู่ในสภาพแวดล้อมสุดขั้วที่สุดในเอกภพ นั่นคือบริเวณใกล้หลุมดำ และดาราจักร M87 แหล่งกำเนิดร้อนแรงของโฟตอนเหล่านี้ ก็ได้รับพลังจากหลุมดำด้วยสองวิธีที่ต่างกันชัดเจน แต่เกี่ยวเนื่องกัน


วิธีแรก คือการไหลเนื่องจากการพอกพูน จานแก๊สที่หมุนอย่างรุนแรงถูกดึงอย่างขัดขืนไม่ได้เข้าสู่ขอบฟ้าเหตุการณ์ จนถึงเวลาที่สสารกำลังจะพุ่งวนเป็นรอบสุดท้าย มันจะพุ่งปะทะกับตัวเองด้วยความเร็วเกือบเท่าแสง และแปรสภาพเป็นพลาสมาที่ร้อนกว่า 100,000 ล้านองศา

วิธีที่สอง คือเป็นลำออกไป หมายถึงลำสสารที่พุ่งออกห่างจากหลุมดำด้วยความเร็วเกือบเท่าความเร็วแสง ลำสสารเหล่านี้รับพลังมาจากการหมุนของหลุมดำ ซึ่งพาทุกสิ่งรอบตัว ทั้งแก๊ส สนามแม่เหล็ก และโฟตอน ให้หมุนไปด้วย และขับเคลื่อนโครงสร้างที่ดูขัดแย้งกันเองนี้ ความสำคัญของมันในเชิงจักรวาลจะมีผู้ร่วมงานของผม ซาราห์ มาคอฟ มาพูดถึงต่อไป

ในดาราจักร M87 ลำสสารลำหนึ่งพุ่งเกือบตรงมาหาเรา รูปจาก EHT เหล่านี้ได้รับอิทธิพลจากพื้นที่สว่างที่เปล่งรังสี ได้แก่จานที่หมุนและลำที่พุ่งออก และจากความโน้มถ่วงเอง

ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปคลื่นวิทยุก็ตกตกได้ไม่ต่างจากแอปเปิ้ล ตามธรรมดาปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเล็กน้อยมากแต่ในหลุมดำความโน้มถ่วงมีอยู่มหาศาล

คลื่นวิทยุที่เราเห็นในภาพแรกๆ เหล่านี้ โคจรอยู่รอบหลุมดำก่อนจะเริ่มการเดินทาง 55 ล้านปีมาหาเรา เป็นผลให้เกิดเงาดำหรือภาพเงาดำ ที่ฉายมาจากขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำ ทับลงไปบนดวงแสงที่เกิดจากการไหลเนื่องจากการพอกพูนและในลำสสาร


ที่สำคัญคือ ขนาดและรูปร่างของเงาจะถูกกำหนดโดยความโน้มถ่วงเพียงประการเดียว ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปให้คำทำนายที่ชัดเจนสำหรับสมบัติทั้งสองอย่างนี้ เงาจะต้องกลม ด้วยความคลาดเคลื่อนไม่เกิน 10% ส่วนเส้นผ่านศูนย์กลางจะกำหนดด้วยมวลคูณกับค่าคงตัวหลักมูลเท่านั้น

อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับการเดินทางสู่การค้นพบทั้งหลาย เมื่อเราเริ่มงานสำรวจทางความคิดนี้ เราไม่รู้เลยว่าเราจะเจออะไรบ้าง ถ้าไอน์สไตน์คำนวณผิด ถ้าใจกลางดาราจักร M87 ไม่ใช่หลุมดำ เงาดำที่เห็นอาจดูเป็นแบบอื่นที่ต่างไปมากก็ได้ อาจผิดรูป หรือผิดขนาด ดังพวกที่เห็นอยู่นี้ หรืออาจหายไปเลย การเปลี่ยนความโน้มถ่วงจะเปลี่ยนแนวทางการบิดของลำแสง ซึ่งเป็นการเปลี่ยนรูปร่างของเงา


เมื่อเดือนเมษายน 2017 ข้อจับผิดนี้ไม่ปรากฏ เงามีอยู่จริง มันมีรูปร่างเกือบกลม และมวลที่อนุมานได้ก็เทียบได้พอดีกับค่าประมาณพลวัตรของดาวที่อยู่ไกลออกไปกว่านั้น 100,000 เท่า

ในวันนี้ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปได้ผ่านการทดสอบสำคัญอีกครั้งหนึ่ง คราวนี้ยืดยาวจากขอบฟ้าไปถึงดวงดาวทีเดียว

เงาที่เห็นถูกล้อมรอบไว้ด้วยวงแหวนสว่างจากการเปล่งแสงขึ้นเป็นพิเศษเนื่องจากตอนที่เพิ่งหลุดจากเงื้อมมือของหลุมดำ สมบัติของลักษณะคล้ายวงแหวนเป็นผลมาจากปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่แสดงบทบาทอยู่บนเวทีของความโน้มถ่วง

เพื่อทำความเข้าใจปรากฏการณ์เหล่านี้ ในช่วงสามปีที่ผ่านมา ผู้ให้ความร่วมมือในกลุ่ม EHT ในสถาบันวิจัยทั่วโลกได้พยายามสร้างแบบจำลองที่ไม่เคยมีใครทำมาก่อน งานทั้งหมดรวมกันเป็นคลังแบบจำลองที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีคนรวบรวมไว้เกี่ยวกับการไหลเนื่องจากการพอกพูนและเขตพ่นลำสสารในดาราจักร M87


แถบสว่างทางใต้ที่เด่นขึ้นเป็นผลโดยตรงจากการเคลื่อนที่ในวงโคจรด้วยความเร็วใกล้ความเร็วแสงรอบหลุมดำ พื้นที่ซึ่งเคลื่อนเข้าหาเราด้วยความเร็วเกือบเท่าความเร็วแสงจะดูสว่าง ส่วนที่เคลื่อนที่ช้าหรือเคลื่อนห่างจากเราจะดูสลัว จากความรู้นี้เราจึงอนุมานได้เกี่ยวกับการหมุนรอบตัวเองของหลุมดำในดาราจักร M87 หลุมดำที่นี่หมุนตามเข็มนาฬิกา

ยิ่งกว่านั้นความสอดคล้องเชิงจำนวนที่ดีเยี่ยมระหว่างภาพของ EHT  และความคาดหวังเชิงทฤษฎีโดยทั่วไปในส่วนที่เกี่ยวกับลักษณะที่เป็นเสี้ยวสว่างและด้านในมืดกว่า ช่วยเพิ่มความมั่นใจอย่างสำคัญให้แก่การตีความของเราว่า วัตถุที่ใจกลางดาราจักร M87 วัตถุที่อัดพลังให้แก่ลำสสารของดาราจักร M87 คือหลุมดำ ชนิดที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปพรรณนาไว้

ที่สำคัญอีกอย่างคือเมื่อรวมกับการตรวจวัดความผันผวนในย่านอินฟราเรดและย่านแสงขาว เราก็สามารถตัดประเด็นว่าอาจเป็นพื้นผิวที่แม้จะสลัวก็ยังเห็นได้ออกไป นั่นคือ ภาพนี้มีลักษณะที่จะระบุได้เลยว่าเป็นหลุมดำ เป็นขอบฟ้าเหตุการณ์ ซึ่งเป็นจุดที่ผ่านไปแล้วกลับมาไม่ได้

ปัจจุบันนี้ เราสามารถใช้หลายช่องทางที่ส่งเสริมสอดรับกันในการสังเกตหลุมดำ

นิยายวิทยาศาสตร์กลายเป็นวิทยาศาสตร์จริงไปแล้ว

สองช่องทางสำคัญได้แก่ EHT กับ LIGO ผู้ตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงเป็นครั้งแรกเมื่อสามปีก่อนมานี้เอง และได้ยืนยันคำทำนายสำคัญอีกข้อหนึ่งในทฤษฎีความโน้มถ่วงของไอน์สไตน์


ถึงแม้ว่ามวลหลุมดำจะต่างกันได้มากเป็นพันล้านเท่า หลุมดำที่เรารู้จักล้วนมีสมบัติสอดคล้องกับคำอธิบายเพียงหนึ่งชุด หลุมดำไม่ว่าใหญ่หรือเล็กมีความคล้ายคลึงในลักษณะสำคัญหลายอย่าง สิ่งที่เราเรียนรู้จากหลุมดำหนึ่ง จำเป็นอยู่เองที่จะนำไปใช้ได้กับอีกหลุมดำหนึ่ง

ตอนนี้ผมขอส่งต่อเรื่องราวให้แก่ เซรา มาร์คอฟฟ์ ผู้จะมาพูดถึงความหมายต่อวิชาฟิสิกส์ดาราศาสตร์ของภาพ EHT ชุดแรกนี้ ขอบคุณครับ

[ปรบมือ]

เซรา มาร์คอฟฟ์ 

ขอบคุณค่ะ เอเวอรี

เป็นอันว่าหลุมดำอาจเป็นผลต่อเนื่องที่พิลึกที่สุดของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป แต่ก็ปรากฏว่าหลุมยุบมหัศจรรย์บนพื้นผิวปริภูมิเวลาเหล่านี้มีผลต่อเนื่องโดยตัวมันเองหลายอย่าง ซึ่งดิฉันจะพูดถึงในวันนี้

ที่เป็นอย่างนี้ก็เพราะหลุมดำคือตัวตัดกระแสระเบียบแห่งจักรวาลในระดับใหญ่ที่สุดของเอกภพ หลุมดำมีบทบาทในการปรับแต่งรูปร่างของดาราจักรและกระจุกดาราจักร

สิ่งที่เรายืนยันได้แล้วในขณะนี้ อย่างที่เอเวอรีบอก คือทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปไม่มีอะไรเปลี่ยนแปลง เวลาเราสังเกตหลุมดำที่มีมวลขนาดต่างๆ เราพบว่าผลกระทบของหลุมดำจะต่างกันมาก ฉะนั้นถ้าเราต้องการจะเข้าใจบทบาทของหลุมดำในเอกภพ เราก็จำเป็นจะต้องมีวิธีหามวลหลุมดำที่ละเอียดแม่นยำ

เรื่องนี้เป็นปัญหามาจนถึงปัจจุบัน การกำหนดมวลด้วยการมองตัวเงาโดยตรงช่วยให้ความกระจ่างแก่ข้อถกเถียงเกี่ยวกับการวัดมวลดาราจักร M87 ที่มีมานาน ที่ผ่านมามีวิธีวัด วิธี แต่ละวิธีเป็นอิสระไม่เกี่ยวข้องกัน ทั้ง วิธีมองการเคลื่อนที่ถ้าไม่ของแก๊สก็ของดาว แต่ลงท้ายทั้งสองวิธีให้คำตอบที่ต่างกัน

การคำนวณของเราซึ่งกำหนดมวลไว้ที่ 6.5 ล้านมวลสุริยะนั้นลงตัวพอดีกับผลการคำนวณมวลโดยใช้การเคลื่อนที่ของดาว ซึ่งให้มวลหนักกว่า เป็นการช่วยสะสางความแตกต่างซึ่งนำไปสู่การกำหนดมวลที่ดีขึ้น สำหรับหลุมดำที่อยู่ไกลออกไปซึ่งเราไม่สามารถเห็นเงาของมัน

ฉะนั้นการเข้าใจถึงผลกระทบที่นี่จึงเป็นเรื่องสำคัญ เพราะว่าหลุมดำขนาดมหึมาในดาราจักร M87 มีมวลที่เรียกได้ว่าเป็นยักษ์ใหญ่ แม้เมื่อเทียบกับมาตรฐานของหลุมดำมวลยวดยิ่งด้วยกัน โดยพื้นฐาน สิ่งที่คุณกำลังมองเห็นก็คือหลุมดำมวลยวดยิ่งที่มีขนาดเกือบจะเท่ากับระบบสุริยะทั้งหมด และความจริงนั่นก็คือส่วนหนึ่งของเหตุผลว่าทำไมเราจึงมองเห็นมันได้แม้ว่ามันจะอยู่ไกลแสนไกล

ถ้าเราถอยออกมามองในมุมมองที่เป็นจักรวาลมากขึ้น มาดูดาราจักรอันเป็นที่อยู่ของหลุมดำนี้ ตัวดาราจักรแห่งนี้ประกอบด้วยระบบสุริยะหลายพันล้านระบบ ดังนั้น ในมาตราส่วนขนาดนี้หลุมดำของเราจะดูเล็กนิดเดียว คือเล็กกว่าตัวดาราจักรถึง 100 ล้านเท่า หากหลุมดำนี้อยู่อยู่ในสถานะสงบนิ่ง แบบเดียวกับหลุมดำมวลยวดยิ่งที่ใจกลางดาราจักรของเรา ได้แก่ดาราจักรคนยิงธนู ดอกจัน (Sagittarius A*) ถ้าเป็นอย่างนั้นดาราจักรเองก็จะไม่รู้เลยว่ามีหลุมดำอยู่ข้างใน มันจะเป็นแค่ก้อนกรวดในรองเท้า แต่เมื่อหลุมดำเกิดมีปฏิกิริยามากขึ้น เริ่มดึงดูดสสารปริมาณมากเข้ามาด้วยแรงโน้มถ่วง มันก็จะแปลงเชื้อเพลิง คือสสารเหล่านั้น ไปเป็นพลังงานในรูปแบบอื่น ด้วยประสิทธิภาพซึ่งดีกว่าการหลอมนิวเคลียส หรือนิวเคลียร์ฟิวชัน ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดพลังให้แก่ดวงอาทิตย์ของเราเกือบ 100 เท่า

ฉะนั้นในช่วงที่หลุมดำคึกคักอย่างนี้ หรือเรียกว่าช่วงที่มีกัมมันตภาพ หลุมดำจะกลายเป็นเครื่องจักรขับเคลื่อนที่มีพลังมากที่สุดในเอกภพไปชั่วคราว มันจะเปลี่ยนสภาพจากก้อนกรวดในรองเท้าไปเป็นหนามตำสีข้างของดาราจักรในทันที และหนามในที่นี้ก็คือลำสสารที่เอเวอรีพูดถึง

ในกรณีสุดขั้ว ลำสสารเหล่านี้จะสามารถพุ่งทะลุดาราจักรที่ล้อมรอบทั้งหมดและเลยออกไป แต่พลังที่พุ่งออกมานั้นไม่ใช่สิ่งที่เราเห็นได้ด้วยตา ฉะนั้นถ้าเราต้องการจะเข้าใจมัน เราจะต้องสังเกตมันในความยาวคลื่นอื่น ฉะนั้นเราจึงมองมันด้วยกล้องโทรทรรศน์ที่ใช้กับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าช่วงอื่น

ดิฉันจะให้คุณดูตัวอย่างต่อไปนี้ นี่เป็นระบบหลุมดำอีกระบบหนึ่งที่มีกัมมันตภาพสูงมาก อันนี้เป็นรูปผสมจากสองแหล่ง สีขาวที่คุณเห็นมาจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลของนาซา แสดงภาพดาราจักรชนิดรี ชื่อเฮอร์คิวลิสเอ ที่กลางรูป ส่วนภาพสีน้ำเงินที่ซ้อนลงไปคือคลื่นวิทยุจากแถวลำดับขนาดใหญ่ของ National Science Foundation คลื่นเหล่านี้กระจายไปตามเส้นสนามแม่เหล็กในอวกาศ ซึ่งบอกเราว่าลำสสารพวกนี้เป็นน้ำพุมหึมา ประกอบด้วยวัตถุที่ถูกทำให้เป็นแม่เหล็กซึ่งถูกพ่นกระจายออกมาจากหลุมดำ ที่จริงคือไม่ใช่จากตัวหลุมดำเอง แต่ใกล้กับหลุมดำ ด้วยความเร็วเกือบเท่าแสง และลำสสารพวกนี้ก็มีขนาดใหญ่กว่าหลุมดำตัวต้นเหตุกว่า 100 ล้านเท่า


ทีนี้ถ้าเราเพิ่มชั้นข้อมูลเข้าไปอีก เราจะดูภาพรังสีเอกซ์จากกล้องโทรทรรศน์จันทราบ้าง รังสีเอกซ์จะตรวจวัดส่วนที่เป็นแก๊สร้อนสุดขั้วระดับหลายพันล้านองศา คราวนี้เราเห็นว่าทั้งระบบถูกห่อหุ้มอยู่ในกลดที่ประกอบด้วยแก๊สร้อน และเราสามารถใช้ข้อมูลนี้ในการคำนวณปริมานพลังงานที่ลำสสารจะต้องฝ่าฟันออกไปให้พ้นจากมวลสสารทั้งหมดที่เห็นนี้


สิ่งที่เราพบคือลำสสารจะต้องบรรจุพลังงานเท่ากับพลังงานของซูเปอร์โนวา หมื่นล้านดวงรวมกันในแต่ละคาบวัฏจักรกัมมันตภาพของหลุมดำ

เรื่องนี้แหละ อันตรกิริยาในทำนองนี้มีความสำคัญมาก เพราะหลุมดำที่เล็กมากเมื่อเทียบกับสิ่งโดยรอบนี่แหละ ที่เป็นตัวก่อกำเนิดโครงสร้างเหล่านี้ และยังสามารถเพิ่มความร้อนให้แก๊ส เป็นเหตุให้ดวงดาวไม่อาจก่อตัวได้ และเพราะดาราจักรโตขึ้นได้ด้วยการก่อตัวเพิ่มขึ้นของดาวฤกษ์ ปรากฏการณ์นี้จึงเป็นผลให้ดาราจักรหยุดเติบโต และเราคิดว่าด้วยอันตรกิริยาแบบนี้เองที่หลุมดำช่วยก่อร่างโครงสร้างขนาดใหญ่ที่สุด รวมถึงดาราจักร และกระจุกดาราจักร และทำให้สิ่งเหล่านั้นเป็นอย่างที่เราเห็นทุกวันนี้


ดาราจักร M87 อยู่ในสถานะที่ไม่ค่อยมีปฏิกิริยา แต่อย่างที่คุณเห็น รูปนี้ก็มาจากกล้องฮับเบิล และ M87 ยังคงสามารถปล่อยลำสสารอลังการออกมาได้ ซึ่งเราเห็นมันได้ในทุกช่วงสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าเสียด้วย ฉะนั้นเราจึงต้องการข้อมูลพวกนี้ เพื่อให้เข้าใจระบบดาราจักรแห่งนี้ได้อย่างสมบูรณ์

แต่ถ้าเราซูมถอยหลังออกมาให้ไกลมากขึ้นไปอีก ถึงระดับกระจุกดาราจักร รูปนี้ก็เป็นรูปจากหลายแหล่งอีกรูปหนึ่ง สีแดงคือคลื่นวิทยุ และสีน้ำเงินคือรังสีเอกซ์ โครงสร้างจะดูสับสนอยู่บ้าง และเราคิดว่าภาพนี้กำลังบอกเราเกี่ยวกับอันตรกิริยาในอดีตของหลุมดำที่ใจกลาง M87 ซึ่งมีผลกระทบถึงระดับกระจุกดาราจักรในช่วงเวลาระดับหลายร้อยล้านหรือหลายพันล้านปี


จนถึงปัจจุบันเราคิดเสมอว่าหลุมดำอยู่เบื้องหลังโครงสร้างขนาดใหญ่เหล่านี้ และเป็นตัวขับเคลื่อนกลไกทั้งหมด แต่เราไม่เคยรู้จริงๆ และเดี๋ยวนี้เรามีรูปจาก EHT มีหลักฐานโดยตรงของที่มาของปัญหาเหล่านี้ และเราก็สามารถศึกษาสิ่งนี้ และเริ่มที่จะเข้าใจ โดยผนวกความโน้มถ่วงแรงสูง สนามแม่เหล็ก และสังเกตกระบวนการในระดับอะตอม เพื่อให้เข้าใจว่ากระบวนการเหล่านี้ส่งผลต่อกันอย่างไร และถึงขนาดร่วมกันสร้างโครงสร้างขนาดมหึมาเหล่านี้ ที่แสดงผลในระดับใหญ่มากในเอกภพ ได้อย่างไร

และเพื่อเก็บข้อมูลทั้งหมดนี้ให้ได้ เราจำเป็นต้องผสมรวมการสังเกตของพวกเราในทุกความยาวคลื่นสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า และอย่างที่คุณได้ยินจากแดน มีความซับซ้อนอยู่มากในงานสังเกตการณ์เหล่านี้ และเรายังทำให้ยุ่งขึ้นไปอีกด้วยการประสานงานที่พันกันไปมาระหว่างกล้องโทรทรรศน์หลายกล้องในโลก และในอวกาศ

กระบวนการนี้คล้ายกับงานที่ทำกันในการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงที่ LIGO งานรวมสัญญาณเป็นเรื่องสำคัญมาก ทั้งสัญญาณจากโฟตอนและอนุภาค ด้วยการทำอย่างนี้ เราคาดหวังว่า EHT จะมีบทบาทสำคัญยิ่งในยุคใหม่แห่งดาราศาสตร์พหุพาหะ (multi-messenger) นานาชาติ

และเมื่อมองไปในอนาคต งานสังเกตการณ์ที่เราทำไปเมื่อปี 2017 นอกจาก M87 แล้ว เรายังรวมหลุมดำสงบนิ่งในใจกลางดาราจักรของเราด้วย ได้แก่หลุมดำคนยิงธนูเอดอกจัน (Sagittarius A*) และด้วยการสังเกตหลุมดำที่ต่างกันคนละขั้วกัมมันตภาพ โดยเฉพาะเมื่อพิจารณาร่วมกับข้อมูลจากหลายความยาวคลื่น เราจะเข้าใจได้ดีขึ้นถึงอิทธิพลของหลุมดำในระดับต่างๆ ในประวัติศาสตร์อันยาวนานของเราในเอกภพ

อย่างไรก็ตาม ขอบคุณมากค่ะ ดิฉันจะมอบเวทีกลับให้แก่เชป เขาจะพูดอะไรอีกนิดหน่อย

[ปรบมือ]

เชพาร์ด โดลแมน 

ขอบคุณทุกคนครับ ผมแค่อยากจะบอกว่า ตอนที่เราเริ่มโครงการกล้องโทรทรรศน์ Event Horizon  เป็นครั้งแรกนั้น เราเป็นนักวิจัยกลุ่มเล็กๆ และผมคิดว่ามันจำเป็นจะต้องเล็กและคล่องตัว เพื่อทำงานทดลองระดับตั้งต้น และพัฒนาเทคนิคและชุดอุปกรณ์ที่ไม่เคยมีมาก่อน ซึ่งจะช่วยให้เราผลักดันความก้าวหน้าของวงการ

แต่ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา ความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่ที่สุดคือการสร้างทีม และอย่างที่ผมเคยพูด ทีมของเรามีคนมากกว่า 200 ประกอบด้วยหลายสถาบันใน 20 ประเทศและภูมิภาค

ถ้าคุณต้องการลดขนาดข้อมูลระดับเพทาไบต์ ถ้าคุณต้องการพัฒนาอัลกอริธึมสร้างภาพอัลกอริธึมใหม่ ถ้าคุณต้องการถ่ายภาพหลุมดำ คุณก็จำเป็นจะต้องมีทีมขนาดใหญ่

ในทีมนี้มีนักวิทยาศาสตร์อาชีพที่เพิ่งเริ่มเข้ามาในวงการหลายคน มีนักวิทยาศาสตร์อาวุโส และหลายคนก็อยู่กับเราที่นี่ในวันนี้ ฉะนั้นผมขอให้ทุกคนที่มีความเกี่ยวข้องกับกล้องโทรทรรศน์ Event Horizon ได้โปรดยืนขึ้นเพื่อให้สื่อมวลชนทุกคนได้เห็นว่าใครคือผู้ทำงานนี้

[ปรบมือยาวนาน]

เป็นความยินดีและเป็นเอกสิทธิ์ของผมอย่างแท้จริงที่ได้ทำงานกับทุกคนในทีมนี้ ผมขอให้สื่อมวลชนไปคุยกับคนเหล่านี้ เพื่อเรียนรู้ว่างานจริงๆ เขาทำกันอย่างไร ว่าหลุมดำถูกถ่ายภาพออกมาได้อย่างไร

ผมยังอยากจะพูดบางอย่างโดยเฉพาะเกี่ยวกับเงินทุนและการสนับสนุนด้วย โครงการนี้เป็นงานที่มีความเสี่ยงสูงแต่ผลลัพธ์ก็มีค่าสูง บางทีคุณอาจจะต้องเที่ยวไปจูบกบไม่รู้กี่ตัว กว่าคุณจะเจอกบที่เป็นเจ้าชาย ในทำนองเดียวกัน กว่าที่คุณจะได้ภาพหลุมดำ คุณต้องการคนสนับสนุน คุณต้องการคนให้ทุนผู้พร้อมจะยืนเคียงข้างตลอดเวลาอันยาวนาน ผู้มองด้วยสายตาอันยาวไกล ผู้เข้าใจว่างานวิทยาศาสตร์พื้นฐานไม่เคยล้าสมัย และผู้เข้าใจด้วยเช่นกันว่าในวิทยาศาสตร์พื้นฐานคุณไม่มีทางรู้เลยว่าเมื่อไหร่จะมีผลสำเร็จ แต่ถึงที่สุดแล้วมันก็มักจะสำเร็จ และคุณต้องเล่นเกมระยะยาว

เรามีผู้สนับสนุนที่ยอดเยี่ยม ได้แก่ National Science Foundation หน่วยงานให้ทุนนานาชาติ และมูลนิธิต่างๆ เราขอคำนับให้แก่ทุกหน่วยงาน ที่ยืนอยู่ข้างเรามานานเหลือเกิน และเราจะมองไปข้างหน้าสู่ผลงานของ EHT ที่ยิ่งใหญ่ขึ้นไปอีก ด้วยการเดินหน้าศึกษาหลุมดำให้ชัดเจนยิ่งขึ้นอย่างไม่หยุดยั้ง
ขอบคุณครับ

[ปรบมือ]

Amanda Hallberg Greenwell: ขอบคุณทุกคนมากค่ะ

หนึ่งข้อก่อนเราจะเปิดเวทีให้ถามกัน ผู้บรรยายของเราหลายคนวันนี้และผู้ร่วมงานใน EHT จะปรากฏตัวสัปดาห์นี้ในภาพยนตร์สารคดีซึ่งติดตามงานของกลุ่ม EHT มาตลอดเวลา ปี สารคดีจะแสดงให้ผู้ชมเห็นว่า เชป โดลแมน กับทีมของเขาบรรลุถึงช่วงเวลาที่พลิกประวัติศาสตร์ได้อย่างไร

ภาพยนตร์สารคดีเรื่องนี้ชื่อ Black Hole Hunters และจะออกอากาศครั้งแรกในวันศุกร์นี้ วันที่ 12 [เมษายน 2562] เวลา 21 น. ทางช่องสมิทโซเนียน

ถอดความจาก