เมื่อปี 2562 วงการดาราศาสตร์ทั่วโลกต้องตื่นตะลึง เมื่อนักดาราศาสตร์ได้เปิดเผยภาพภาพหนึ่งที่ถ่ายโดยกล้องโทรทรรศน์อีเวนต์ฮอไรซัน เป็นภาพของหลุมดำยักษ์ที่อยู่ใจกลางดาราจักรเอ็ม 87 นับเป็นครั้งแรกที่มีการถ่ายภาพของวัตถุชนิดนี้ได้โดยตรง
วันนี้(12 พฤษภาคม 2565) บรรยากาศเดิมในวันนั้นได้หวนคืนมาอีกครั้งเมื่อมีการเปิดเผยภาพของหลุมดำที่ใจกลางดาราจักรทางช้างเผือก โดยกล้องโทรทรรศน์กล้องเดิม
เป็นเวลานานมาแล้วที่นักดาราศาสตร์ทราบว่าที่ใจกลางของดาราจักรเกือบทุกดาราจักรมีหลุมดำที่มีมวลสูงมากอยู่เรียกว่า หลุมดำมวลยวดยิ่ง
ที่ใจกลางของดาราจักรทางช้างเผือกคือที่สิงสถิตของหลุมดำมวลยวดยิ่งที่มีชื่อว่า คนยิงธนูเอ* (Sagittarius A* หรือเรียกย่อ ๆ ว่า Sgr A*) มีมวลประมาณ 4.3 ล้านมวลสุริยะ
เช่นเดียวกับหลุมดำทั้งหลายหลุมดำคนยิงธนูเอ* มืดสนิท ไม่เปล่งแสงใด ๆ แต่นักดาราศาสตร์ทราบว่ามีอยู่จริงจากการวิเคราะห์การเคลื่อนที่ของดาวที่อยู่ใกล้ ๆ ซึ่งแสดงถึงมวลมหาศาลที่มองไม่เห็นแฝงอยู่ในความมืดมิดนั้น
หลุมดำเป็นวัตถุที่ถ่ายภาพยากมากเนื่องจากเป็นวัตถุที่ดูดกลืนทุกสิ่งแม้แต่แสง ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะมองเห็นหลุมดำโดยตรง สิ่งที่พอจะมองเห็นจากวัตถุชนิดนี้ได้คือสิ่งที่เกิดขึ้นบริเวณใกล้ขอบฟ้าเหตุการณ์ ซึ่งถือว่าเป็นขอบเขตของหลุมดำหรือพรมแดนสุดท้ายของแสงที่จะเปล่งออกมาภายนอกได้ก่อนที่จะตกลงไปในหลุมดำ
ความพยายามของนักวิทยาศาสตร์ประสบความสำเร็จเป็นครั้งแรกในปี2562 เมื่อกล้องโทรทรรศน์อีเวนต์ฮอไรซันถ่ายภาพของหลุมดำที่อยู่ใจกลางดาราจักรเอ็ม 87 ได้ ภาพที่ปรากฏคือรูปวงแหวนสว่างเหมือนโดนัท สิ่งนั้นคือจานพอกพูนมวล ซึ่งเป็นกลุ่มของแก๊สร้อนที่กำลังหมุนวนรอบหลุมดำก่อนจะไหลผ่านขอบฟ้าเหตุการณ์ลงสู่หุบเหวของความโน้มถ่วงอันมืดมิด
ดาราจักรเอ็ม87 อยู่ห่างจากโลก 55 ล้านปีแสง หลุมดำของดาราจักรเอ็ม 87 มีชื่อว่า เอ็ม 87* มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ 6.5 พันล้านเท่า ขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำดวงนี้มีรัศมีประมาณ 20 พันล้านกิโลเมตร การถ่ายภาพวัตถุขนาดนี้ที่ระยะไกลระดับนั้นเทียบได้กับการถ่ายภาพวัตถุขนาด 1 มิลลิเมตรจากระยะ 13,000 กิโลเมตร
ส่วนหลุมดำคนยิงธนูเอ*ซึ่งเป็นหลุมดำมวลยวดยิ่งของดาราจักรทางช้างเผือก แม้จะอยู่ใกล้เพียง 25,800 ปีแสง แต่การถ่ายภาพหลุมดำมวลยวดยิ่งในบ้านของเราเองกลับยากกว่ากรณีของเอ็ม 87 มาก
สาเหตุแรกคือหลุมดำกลางดาราจักรของเราแห่งนี้มีขนาดเล็กกว่ามาก มีรัศมีเพียง 13 ล้านกิโลเมตร และมีมวลเพียง 4.3 ล้านมวลสุริยะเท่านั้น มวลต่ำกว่าเอ็ม 87* ถึง 1,500 เท่า
เอ็ม87 เป็นดาราจักรที่เรียกว่าดาราจักรกัมมันต์ หลุมดำมวลยวดยิ่งมีจานพอกพูนมวลขนาดมหึมาล้อมรอบที่เต็มไปด้วยฝุ่นแก๊สที่กำลังไหลวนตกลงไป หลุมดำแห่งนี้จึงอ้วนท้วนสมบูรณ์ มีสสารให้เขมือบตลอดเวลา
ส่วนหลุมดำคนยิงธนูเอ*กลับต่างไปอย่างสิ้นเชิง หลุมดำแห่งนี้เป็นหลุมดำประเภทอดอยาก มีสสารตกลงสู่หลุมดำน้อยมาก หากเปรียบหลุมดำคนยิงธนูเอ* เป็นคน ก็เป็นคนที่ได้กินข้าวแค่เม็ดเดียวในรอบล้านปี ด้วยเหตุนี้จานพอกพูนมวลของหลุมดำคนยิงธนูเอ* จึงมีอุณหภูมิค่อนข้างต่ำ เปล่งแสงออกมาไม่มาก ตรวจจับได้ยาก
การที่หลุมดำคนยิงธนูเอ*มีขนาดเล็กกว่า คาบการหมุนของจานพอกพูนมวลจึงสั้นกว่า แก๊สที่อยู่ใกล้ขอบหลุมดำเคลื่อนที่เร็วมากใกล้เคียงความเร็วแสง ในหลุมดำที่มีขนาดใหญ่อย่างเอ็ม 87* สสารในวงแหวนรอบหลุมดำใช้เวลาหลายวันในการโคจรครบรอบ แต่ในกรณีของคนยิงธนูเอ* สสารใช้เวลาเพียงไม่กี่นาทีก็โคจรครบรอบ แสงจากหลุมดำแห่งนี้จึงเปลี่ยนแปลงเร็วมาก ทำให้การถ่ายภาพให้ชัดเจนทำได้ยากมาก
"มันเหมือนการพยายามถ่ายภาพหมาที่กำลังวิ่งไล่งับหางตัวเองให้ภาพออกมาคมชัดนั่นแหละ"เฉิน จื้อจวิน นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแอริโซนา หนึ่งในคณะของกล้องโทรทรรศน์อีเวนต์ฮอไรซันเปรียบเทียบ
การบันทึกภาพของหลุมดำคนยิงธนูเอ*นี้ไม่ได้เกิดจากการกดชัตเตอร์ครั้งเดียว นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้กล้องโทรทรรศน์อีเวนต์ฮอไรซันสำรวจใจกลางดาราจักรทางช้างเผือกเพื่อบันทึกภาพของหลุมดำมวลยวดยิ่งในปี 2560 แต่ต้องใช้เวลาอีกหลายปีในการประมวลผลและวิเคราะห์ข้อมูลที่มีอยู่มากราว 6 เทระไบต์ และการทำงานร่วมกันของนักวิทยาศาสตร์อีกกว่า 300 คน จึงจะได้ภาพจะได้ภาพประวัติศาสตร์ภาพนี้ขึ้นมา
เป็นที่น่าสังเกตว่าแม้หลุมดำสองแห่งจะมีสมบัติทางกายภาพต่างกันมาก แต่กลับมีลักษณะคล้ายคลึงจนเกือบเหมือนกัน นอกจากนี้ยังมีขนาดตรงตามที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอนส์ไตน์อธิบายไว้อีกด้วย
กล้องอีเวนต์ฮอไรซันเป็นเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุ ประกอบด้วยกล้องโทรทรรศน์แปดกล้องกระจายไปตามจุดต่าง ๆ ทั่วโลก ทั้งหมดทำงานประสานกันโดยใช้หลักการวิธีแทรกสอดของสัญญาณเพื่อให้ได้กำลังแยกภาพเทียบเท่ากล้องเดี่ยวที่มีขนาดเท่าโลกทั้งใบ นั่นทำให้ภาพที่ได้จากกล้องนี้สามารถแยกแยะรายละเอียดได้ดีกว่าสายตามนุษย์ถึงสามล้านเท่า
ความสำเร็จของกล้องอีเวนต์ฮอไรซันในครั้งนี้จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ได้เข้าใจถึงความเร้นลับหลายด้านของหลุมดำเช่นศึกษาว่าการพอกพูนมวลเกิดขึ้นได้อย่างไร มีสสารพุ่งออกไปเป็นลำจากขั้วหลุมดำได้อย่างไร รวมถึงการพิสูจน์ว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปอธิบายถึงสิ่งที่เกิดขึ้นในบริเวณใกล้หลุมดำได้ถูกต้องแม่นยำเพียงใด
"การสำรวจนี้จึงเป็นการช่วยยกระดับความเข้าใจถึงสิ่งที่เกิดขึ้นในใจกลางดาราจักรของเราได้เป็นอย่างดีและยังให้ภาพที่ชัดเจนว่าหลุมดำมีอันตรกิริยากับสิ่งรอบด้านอย่างไร" ชอฟรัว โบเวอร์ จากสถาบันวิจัยแห่งชาติจีนในไทเป หนึ่งนักวิทยาศาสตร์ในโครงการอีเอชทีกล่าว
วันนี้
เป็นเวลานานมาแล้วที่นักดาราศาสตร์ทราบว่าที่ใจกลางของดาราจักรเกือบทุกดาราจักรมีหลุมดำที่มีมวลสูงมากอยู่
ที่ใจกลางของดาราจักรทางช้างเผือก
เช่นเดียวกับหลุมดำทั้งหลาย
หลุมดำเป็นวัตถุที่ถ่ายภาพยากมาก
ความพยายามของนักวิทยาศาสตร์ประสบความสำเร็จเป็นครั้งแรกในปี
ดาราจักรเอ็ม
ส่วนหลุมดำคนยิงธนูเอ*
สาเหตุแรกคือ
เอ็ม
ส่วนหลุมดำคนยิงธนูเอ*
การที่หลุมดำคนยิงธนูเอ*
"มันเหมือนการพยายามถ่ายภาพหมาที่กำลังวิ่งไล่งับหางตัวเองให้ภาพออกมาคมชัดนั่นแหละ"
การบันทึกภาพของหลุมดำคนยิงธนูเอ*
เป็นที่น่าสังเกตว่า
กล้องอีเวนต์ฮอไรซัน
ความสำเร็จของกล้องอีเวนต์ฮอไรซันในครั้งนี้จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ได้เข้าใจถึงความเร้นลับหลายด้านของหลุมดำ
"การสำรวจนี้จึงเป็นการช่วยยกระดับความเข้าใจถึงสิ่งที่เกิดขึ้นในใจกลางดาราจักรของเราได้เป็นอย่างดี