เพจ NARIT สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ โพสต์ผ่านเฟซบุ๊กระบุ หลุมดำบริเวณใจกลางของกาแล็กซี M87 มีโครงสร้างยิ่งใหญ่กว่าที่เราคิด
สองปีที่แล้ว ทีมงาน Event Horizon Telescope (EHT) ได้เปิดเผยภาพถ่ายของหลุมดำมวลยิ่งยวด ณ ใจกลางของกาแล็กซี M87 เป็นครั้งแรก ซึ่งนับเป็นครั้งแรกที่เราสามารถสังเกตการณ์มวลสารที่อยู่ในจานพอกพูนมวลรอบหลุมดำได้ (อ่านเพิ่มเติมได้ที่ [3])
อย่างไรก็ตาม ภาพของจานพอกพูนมวลรอบหลุมดำ ไม่ได้บอกเรื่องราวทั้งหมดเกี่ยวกับหลุมดำ และแท้จริงแล้วหลุมดำนั้นมีโครงสร้างที่กว้างใหญ่กว่านั้น นอกเหนือไปจากจานพอกพูนมวลอีกมาก
วันที่ 14 เมษายน 2021 ที่ผ่านมานี้ ทีมงาน EHT ได้ร่วมมือกับหอสังเกตการณ์ทั้งบนโลกและในอวกาศถึงกว่า 19 แห่ง นำข้อมูลต่างๆ มารวมกัน เพื่อให้ได้ภาพที่ชัดเจนยิ่งขึ้นเกี่ยวกับหลุมดำที่อยู่ ณ ใจกลางของกาแล็กซี M87 นี้ พร้อมทั้งภาพที่บันทึกได้ในช่วงความยาวคลื่นอื่นๆ ที่สามารถบอกให้เราทราบเกี่ยวกับหลุมดำได้ดียิ่งขึ้นไปอีก
หลุมดำ ณ ใจกลางกาแล็กซี M87 นี้ นับเป็นหลุมดำมวลยิ่งยวด ที่มีมวลมากที่สุดหลุมหนึ่งในเอกภพ มีมวลกว่าหกพันห้าร้อยล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ และอยู่ในใจกลางของกาแล็กซี M87 ที่ห่างออกไป 55 ล้านปีแสง
หลุมดำมวลยิ่งยวดเช่นนี้ จะมีมวลสารของดาวฤกษ์ที่บังเอิญโคจรเข้าไปใกล้เกินไป และถูกฉีกออกเป็นชิ้นๆ โดยแรงไทดัลอันมหาศาล ถูกเหวี่ยงออกไปรอบๆ กลายเป็นแก๊สร้อนที่หมุนวนไปรอบๆ หลุมดำ (คล้ายกับน้ำวนในอ่างอาบน้ำที่ถูกเปิดก๊อกออก) ในลักษณะที่เราเรียกว่าจานพอกพูนมวล (accretion disk) บริเวณของแก๊สร้อนในจานพอกพูนมวลนี้เอง ที่เป็นโครงสร้างที่ใกล้ชิดที่สุดของหลุมดำ ที่เราจะสามารถสังเกตเห็นได้ (ภาพคล้าย "โดนัท" สีส้ม ภาพล่างซ้าย)
แต่ในขณะที่มวลสารกำลังถูกเหวี่ยงและดูดเข้าสู่แรงโน้มถ่วงอันมหาศาลของหลุมดำ ก่อนที่จะตกลงสู่ขอบฟ้าเหตุการณ์ (Event Horizon) มวลสารบางส่วนจะถูก "ดีด" ออก และพุ่งออกไปบริเวณขั้วในการหมุนของจานพอกพูนมวล แก๊สที่พุ่งออกมาในลักษณะคล้ายกับ "เจ็ท" (Astrophysical Jet) นี้ อาจประกอบด้วยไอออนที่มีประจุ และพุ่งออกมาด้วยความเร็วเข้าใกล้แสง และสามารถพุ่งออกไปเป็นระยะทางหลายพัน แสน หรือถึงล้านพาร์เซค ซึ่งทำให้เจ็ทที่ออกมาจากหลุมดำเหล่านี้นั้น สามารถมีขนาดใหญ่กว่ากาแล็กซีทั้งกาแล็กซีได้เลยทีเดียว
ไม่เพียงเท่านั้น พลังงานอันมหาศาลของอนุภาคในเจ็ทเหล่านี้ ยังสามารถเปล่งแสงออกมาในช่วงคลื่นวิทยุ ไปจนถึงรังสีแกมม่า
#ในภาพ แสดงให้เห็นถึงโครงสร้างต่างๆ ของเจ็ท ในช่วงความยาวคลื่นวิทยุ (ซ้าย) คลื่นยูวี (กลาง) และรังสีพลังงานสูง เช่น รังสีเอ็กซ์ ไปจนถึงแกมมา (ขวา) ที่ประกอบขึ้นเป็นโครงสร้างขนาดใหญ่ที่ล้อมรอบหลุมดำมวลยิ่งยวดนี้อยู่ ซึ่งทั้งหมดนี้ เราสามารถดูวิดีโอแสดงการเปรียบเทียบขนาดโดยการ "ซูมออก" จากหลุมดำ M87 ได้ที่ [4]
นอกจากนี้ หลุมดำมวลยิ่งยวดเช่นนี้ อาจจะเป็นแหล่งกำเนิดที่สำคัญของรังสีคอสมิคพลังงานสูง ที่เต็มไปทั่วเอกภพ และกระทบเข้ากับโลกของเราอยู่ตลอดเวลา การศึกษาหลุมดำ M87 ในลักษณะนี้จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถตอบได้ว่าหลุมดำมวลยิ่งยวดเป็นแหล่งกำเนิดที่สำคัญเพียงใดต่อรังสีคอสมิค
นอกจากหลุมดำจะเป็นสิ่งที่น่าพิศวงของธรรมชาติแล้ว แรงโน้มถ่วงอันมหาศาลของมันยังเปรียบได้กับห้องปฏิบัติการชั้นดีที่เราจะสามารถทดสอบความเข้าใจในทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอสไตน์ได้ การสังเกตการณ์ในลักษณะเช่นนี้ของทีมงาน EHT จะช่วยให้เราสามารถยืนยันความเข้าใจทางทฤษฎีของเราเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วง และสามารถเปรียบเทียบกับสิ่งที่สามารถสังเกตได้จริง ที่กำลังเกิดขึ้น ณ วัตถุที่มีแรงโน้มถ่วงมากที่สุดแหล่งหนึ่งในเอกภพที่สามารถเป็นไปได้ และความเข้าใจนี้เองที่จะเป็นอีกก้าวหนึ่งที่จะนำเราให้เข้าใกล้สู่ความเข้าใจในกฎที่แท้จริงของธรรมชาติอีกก้าวหนึ่ง
ภาพ: The EHT Multi-wavelength Science Working Group; the EHT Collaboration; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); the EVN; the EAVN Collaboration; VLBA (NRAO); the GMVA; the Hubble Space Telescope; the Neil Gehrels Swift Observatory; the Chandra X-ray Observatory; the Nuclear Spectroscopic Telescope Array; the Fermi-LAT Collaboration; the H.E.S.S collaboration; the MAGIC collaboration; the VERITAS collaboration; NASA and ESA. Composition by J. C. Algaba
เรียบเรียง : ดร. มติพล ตั้งมติธรรม - ผู้เชี่ยวชาญด้านดาราศาสตร์ สดร.
อ้างอิง/อ่านเพิ่มเติม:
[1] https://eventhorizontelescope.org/.../telescopes-unite...
[2] https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/abef71
[3] https://www.facebook.com/matiponblog/photos/977309255812614
[4] https://www.youtube.com/watch?v=q2u4eK-ph40