สมาคมดาราศาสตร์ไทย

พบดาวฤกษ์ปากเหวหลุมดำ เคลื่อนที่เร็ว 8 เปอร์เซ็นต์ของความเร็วแสง

พบดาวฤกษ์ปากเหวหลุมดำ เคลื่อนที่เร็ว 8 เปอร์เซ็นต์ของความเร็วแสง

21 ส.ค. 2563
รายงานโดย: วิมุติ วสะหลาย (wimut@hotmail.com)
ที่ใจกลางของดาราจักรทางช้างเผือกที่เราอาศัยอยู่ มีหลุมดำมวลยวดยิ่งดวงหนึ่งสถิตอยู่ นักดาราศาสตร์สำรวจพบดาวฤกษ์หลายร้อยดวงที่โคจรรอบหลุมดำดวงนี้ ดาวส่วนใหญ่ในจำนวนนี้อยู่ห่างจากหลุมดำมากพอที่การเคลื่อนที่ของมันพออธิบายและพยากรณ์ได้ด้วยหลักความโน้มถ่วงของนิวตันและกฎเคปเลอร์ แต่ก็ยังมีอีกจำนวนหนึ่งที่อยู่ใกล้หลุมดำมากจนต้องใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ แอลเบิร์ต ไอน์สไตน์ มาใช้อธิบายการเคลื่อนที่

หลุมดำมวลยวดยิ่งในดาราจักรทางช้างเผือกมีชื่อเรียกว่า คนยิงธนูเอ* (Sagittarious A*) มีมวลประมาณ ล้านมวลสุริยะ นักดาราศาสตร์ทราบมวลจากการสังเกตความเร็วในการเคลื่อนที่ของดาวที่โคจรอยู่ในะระยะใกล้ 

ดาวฤกษ์ที่ใกล้คนยิงธนูเอ* ที่มีการศึกษามากที่สุดมีชื่อว่า เอส เป็นดาวยักษ์สีน้ำเงินสว่าง โคจรรอบใจกลางทางช้างเผือกครบรอบทุก 16 ปี เมื่อปี 2561 ที่ผ่านมา ดาวเอส ได้ผ่านเข้าใกล้จุดใกล้หลุมดำมากที่สุด เปิดโอกาสให้นักดาราศาสตร์ได้สังเกตปรากฏการณ์การเลื่อนไปทางแดงเหตุโน้มถ่วง ที่เกิดขึ้นกับดาวดวงนี้

การเลื่อนไปทางแดงเหตุความโน้มถ่วง เป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติชนิดหนึ่ง เกิดขึ้นเมื่อแสงเคลื่อนที่ผ่านสนามความโน้มถ่วง แสงจะเสียพลังงานไปซึ่งปรากฏออกมาในรูปของความยาวคลื่นที่เพิ่มขึ้น เปรียบเทียบคล้ายกับเมื่อเราโยนหินขึ้นไปบนฟ้า ก้อนหินจะเคลื่อนที่ช้าลงเพราะความโน้มถ่วงดึงไว้ แต่ถ้าเราฉายไฟฉายขึ้นไปบนฟ้า แสงจากไฟฉายไม่ช้าลง แต่จะมีความยาวคลื่นมากขึ้น สีของแสงจะเปลี่ยนไปทางสีแดงมากขึ้น ปรากฏการณ์นี้เคยมีการพิสูจน์ได้จริงในห้องทดลองมาแล้ว และการสำรวจเอส ก็พบว่าขณะเข้าใกล้หลุมดำ สเปกตรัมของดาวก็เลื่อนไปทางแดงตามที่ทฤษฎีพยากรณ์เอาไว้จริง

แผนภาพแสดงการเลื่อนสเปกตรัมไปทางแดงของดาวเอส ขณะเข้าใกล้หลุมดำคนยิงธนูเอ* (จาก ESO/M. Kornmesser)


การส่ายของวงโคจรของดาวฤกษ์รอบหลุมดำมวลยวดยิ่ง (จาก Luís Calçada/ESO)


เป็นเวลานานมาแล้วที่นักดาราศาสตร์เชื่อว่าดาวเอส เป็นดาวที่อยู่ใกล้หลุมดำคนยิงธนูเอ* มากที่สุด แต่เมื่อปี 2562 นักดาราศาสตร์พบดาวอีกดวงหนึ่ง มีชื่อว่า เอส 62 ดาวดวงนี้มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์สองเท่า และโคจรรอบหลุมดำครบรอบทุก 10 ปี เป็นดาวที่อยู่ใกล้หลุมดำคนยิงธนูเอ* มากที่สุดยิ่งกว่าดาวเอส จากการคำนวณพบว่า ที่จุดใกล้หลุมดำที่สุด ดาวดวงนี้จะมีควาเร็วถึง 8% ของความเร็วแสง ซึ่งถือว่าเร็วมากจนทำให้เห็นผลของการยืดเวลาได้ชัดเจน เป็นผลให้เวลาหนึ่งชั่วโมงบนดาวดวงนี้จะยาวนานเท่ากับเวลา 100 นาทีบนโลก

การที่อยู่ใกล้หลุมดำคนยิงธนูเอ* มาก ยังทำให้เกิดปรากฏการณ์อีกชนิดหนึ่ง นั่นคือการส่ายของวงโคจรที่เกิดจากความโน้มถ่วง ปรากฏการณ์นี้พบในวงโคจรของดาวพุธเช่นกัน แต่กรณีของดาวพุธเกิดขึ้นเป็นปริมาณน้อยกว่ามาก สำหรับดาวเอส 62 การส่ายของวงโคจรทำให้วงโคจรแต่ละรอบเหลื่อมกันมากถึงราว 10 องศา

ในปี 2565 ดาวเอส 62 จะโคจรไปถึงจุดใกล้คนยิงธนูเอ* ที่สุดอีกครั้ง นักดาราศาสตร์เตรียมจะถือโอกาสนี้วัดสเปกตรัมของดาวนี้อีกครั้งเพื่อพิสูจน์ทฤษฎีสัมพัทธภาพในระดับที่แม่นยำยิ่งกว่าที่เคยวัดกับดาวเอส 2