EHT เผยแพร่ภาพหลุมดำของทางช้างเผือก Sagittarius A*
วันที่ 12 พฤษภาคม ทีมกล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าสังเกตการณ์(Event Horizon Telescope-EHT) แถลงข่าวการค้นพบใหม่ครั้งสำคัญ(groundbreaking) เกี่ยวกับทางช้างเผือก การประกาศการค้นพบจะออนไลน์พร้อมกันจาก 6 ที่ หลังจากการแถลงข่าว ทั้งมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ(NSF) และหอสังเกตการณ์ทางใต้ของยุโรป(ESO) จะเป็นเจ้าภาพจัดการถาม-ตอบข้อสงสัย
EHT เป็นเครือข่ายของกล้องโทรทรรศน์วิทยุรอบโลกซึ่งศึกษาหลุมดำเป็นหลัก รวมกล้องโทรทรรศน์วิทยุ 15 ถึง 20 ตำแหน่งในหลากหลายตำแหน่งทั่วทั้งโลก ซึ่งมีระยะห่างกันมากถึง 12000 กิโลเมตร และหันกล้องไปที่วัตถุเดียวกันอย่างพร้อมเพรียง นี่ช่วยให้เรามีกล้องโทรทรรศน์ที่มีขนาดเท่าดาวเคราะห์ของเรา และช่วยให้เกิดความแม่นยำในระดับที่เห็นแมลงวันบนดวงจันทร์ได้เลย
กล้องโทรทรรศน์วิทยุ 8 แห่งที่ร่วมในการสำรวจ Sgr A*
เป้าหมายหลักของ EHT คือหลุมดำในใจกลางทางช้างเผือก ซึ่งเรียกกันว่า Sagittarius A*(Sgr A*) นักวิทยาศาสตร์ทราบการมีอยู่ของมันได้จากอิทธิพลที่มีต่อสภาพแวดล้อม การเคลื่อนที่ของดาวหลายดวงที่อยู่ในระยะประชิดรอบบางสิ่งที่มีมวลสูง, มองไม่เห็นและมีขนาดไม่ใหญ่ในใจกลางทางช้างเผือก แต่ไม่เคยได้เห็นมันโดยตรงจากความจริงที่ว่ามีเมฆฝุ่นและก๊าซปกคลุมหลุมดำแห่งนี้
แม้ว่าเราจะไม่สามารถมองเห็นหลุมดำได้โดยตรง เนื่องจากมันดำมืดโดยสิ้นเชิง แต่ก๊าซที่เรืองสว่างรอบๆ หลุมดำก็เผยให้เห็นสัญญาณร่องรอย กล่าวคือ เป็นพื้นที่ใจกลางสีมืดแห่งหนึ่ง(ที่เรียกว่า เงา) ล้อมรอบด้วยโครงสร้างคล้ายวงแหวนสว่างวงหนึ่ง ภาพใหม่ที่ได้จับแสงที่บิดเบนโดยแรงโน้มถ่วงมหาศาลของหลุมดำนี้ เราต้องประหลาดใจเมื่อพบว่าขนาดของวงแหวนนั้นสอดคล้องกับที่ทำนายโดยสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์อย่างดี
เนื่องจากหลุมดำแห่งนี้อยู่ไกลจากโลก 27000 ปีแสง เราจึงเห็นมันบนท้องฟ้าด้วยขนาดเล็กพอๆ กับโดนัทบนดวงจันทร์ เพื่อที่จะถ่ายภาพ ทีม EHT เชื่อมต่อกล้องโทรทรรศน์วิทยุ 8 ตัวทั่วโลก EHT สำรวจ Sgr A* เป็นเวลาหลายคืนในปี 2017 เก็บข้อมูลหลายชั่วโมงติดต่อกัน ไม่ต่างจากการถ่ายภาพเปิดหน้ากล้องนาน(long exposure) เลย
เปรียบเทียบหลุมดำ M87* กับ Sgr A* แม้จะมีมวลและขนาดที่แตกต่างกันมาก แต่โดยเผินๆ ดูคล้ายกัน
ในปี 2019 EHT ก็จัดแถลงข่าวการค้นพบใหม่ครั้งสำคัญ(ใช้คำว่า groundbreaking เช่นกัน) ซึ่งกลายเป็นภาพหลุมดำภาพแรกเท่าที่เคยได้มา ในความเป็นจริงเป็นภาพ “เงา” ของหลุมดำยักษ์ในใจกลางกาแลคซี M87 ยังเป็นที่รู้จักในชื่อ Virgo A หรือ NGC 4486 อยู่ห่างออกไปราว 55 ล้านปี
EHT จับจ้องไปที่ M87 นานกว่า 6 วันในช่วงเมษายน 2017 ได้แสดงวงแหวนแสง ตามที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ได้ทำนายไว้ ขนาดของวงแหวนบ่งชี้ว่าหลุมดำมีมวลประมาณ 6.5 พันล้านเท่ามวลดวงอาทิตย์ หลุมดำซึ่งนักดาราศาสตร์เรียกว่า M87* เป็นหนึ่งในหลุมดำมวลมหาศาล(supermassive black hole) ที่มีมวลสูงที่สุดเท่าที่เคยพบมาและซึ่งเพิ่งได้ชื่อภาษาฮาวายว่า Powehi
หลุมดำทั้งสองดูคล้ายกันอย่างมาก แม้ว่าหลุมดำของทางช้างเผือกจะมีมวลต่ำกว่าหลุมดำของ M87 อย่างมาก ด้วยมวลเพียง 4 ล้านเท่าดวงอาทิตย์ แม้จะเล็กกว่าหลุมดำของ M87 ราวพันเท่า แต่ก็อยู่ใกล้มากกว่าอีกพันเท่า มันก็น่าจะมีลักษณะปรากฏคล้ายๆ กับหลุมดำของ M87 แต่เส้นผ่าศูนย์กลางของมันก็น่าจะพอๆ กับระยะทางจากโลกถึงดาวพุธเท่านั้น
ขนาดของโครงสร้างคล้ายวงแหวน รอบ M87* หลุมดำซึ่งมีมวล 6.5 พันล้านเท่ามวลดวงอาทิตย์ และ Sgr A* มวล 4 ล้านเท่ามวลดวงอาทิตย์
เรามีกาแลคซีในชนิดที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง 2 แห่ง และหลุมดำที่มีมวลแตกต่างกันอย่างมาก 2 แห่ง แต่ใกล้กับหลุมดำเหล่านี้พวกมันกลับดูคล้ายกันมาก นี่บอกเราว่าสัมพัทธภาพทั่วไปกำกับวัตถุเหล่านี้อย่างเข้มงวด และความแตกต่างใดๆ ที่เราได้เห็น ก็จะต้องเป็นเพราะความแตกต่างจากวัสดุสารที่ล้อมรอบหลุมดำเท่านั้น
ความสำเร็จครั้งนี้เกิดขึ้นยากกว่าเมื่อครั้ง M87 แม้ว่า Sgr A* จะอยู่ใกล้กว่าอย่างมาก นักวิทยาศาสตร์อธิบายว่า ก๊าซในละแวกรอบๆ หลุมดำเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากัน คือเกือบเท่าความเร็วแสง รอบทั้ง M87* และ Sgr A* แต่ในขณะที่ก๊าซใช้เวลาหลายวันหรือหลายสัปดาห์โคจรรอบ M87* ซึ่งมีขนาดใหญ่กว่า รอบๆ Sgr A* ก๊าซใช้เวลาเพียงหลักนาทีเท่านั้น
นี่หมายความว่าความสว่างและรูปแบบของก๊าซรอบๆ Sgr A* ได้เปลี่ยนแปลงไปอย่างรวดเร็วในขณะที่ EHT กำลังสำรวจมัน ไม่ต่างจากการพยายามถ่ายภาพสุนัขที่วิ่งไล่งับหางตัวเอง ให้ได้ภาพที่ชัด
นักวิจัยจึงต้องพัฒนาเครื่องมือละเอียดอ่อนเพื่อรับมือกับการเคลื่อนที่ของก๊าซรอบ Sgr A* ในขณะที่ M87* เป็นเป้าหมายที่ง่ายกว่า และนิ่งมากกว่า โดยภาพเกือบทั้งหมดดูเหมือนๆ กัน แต่ไม่ใช่ในกรณีของ Sgr A* ภาพหลุมดำที่ได้เป็นภาพโดยเฉลี่ย จากภาพที่แตกต่างกันที่ทีมสกัดออกมาได้ ซึ่งสุดท้ายก็ได้เผยให้เห็นยักษ์ที่ซ่อนอยู่ในใจกลางทางช้างเผือกได้เป็นครั้งแรก
ภาพตำแหน่งของ Sgr A* ที่ใจกลางทางช้างเผือก ซ้อนทับบนภาพมุมกว้างแสดงทางช้างเผือกเหนือกลุ่มกล้อง ALMA(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ในทะเลทรายอะตาคามา ชิลี
ความพยายามนี้เป็นไปได้ก็เพราะความทุ่มเทของนักวิจัยมากกว่า 300 คนจาก 80 สถาบันรอบโลกซึ่งมารวมกลุ่มเป็น EHT Collaboration นอกเหนือจากพัฒนาเครื่องมืออันซับซ้อนเพื่อเอาชนะความท้าทายในการถ่ายภาพ Sgr A* ทีมยังต้องทำงานอย่างบ้าคลั่งถึง 5 ปีโดยใช้ซุปเปอร์คอมพิวเตอร์เพื่อรวมและวิเคราะห์ข้อมูล ทั้งหมดเพื่อสร้างห้องสมุดหลุมดำจำลองขึ้นมา เพื่อเปรียบเทียบกับการสำรวจจริง
นักวิทยาศาสตร์ตื่นเต้นเป็นพิเศษที่สุดท้ายก็มีภาพของหลุมดำสองแห่งในขนาดที่แตกต่างกันอย่างมาก ซึ่งจะให้โอกาศในการเข้าใจว่า การเปรียบเทียบและเปรียบต่าง นักวิจัยยังเริ่มใช้ข้อมูลใหม่เพื่อทดสอบทฤษฎีและแบบจำลองว่าก๊าซมีพฤติกรรมรอบหลุมดำมวลมหาศาลอย่างไร กระบวนการนี้ยังไม่เป็นที่เข้าใจถ่องแท้นักแต่คิดว่ามีบทบาทสำคัญในการกำกับการก่อตัวและวิวัฒนาการของกาแลคซี
ขณะนี้เมื่อเราสามารถศึกษาความแตกต่างระหว่างหลุมดำมวลมหาศาลสองแห่งนี้ เพื่อให้ได้เงื่อนงำทรงคุณค่าใหม่ๆ เกี่ยวกับว่ากระบวนการที่สำคัญนี้ทำงานอย่างไร เรามีภาพของหลุมดำสองแห่ง แห่งหนึ่งอยู่ที่ปลายด้านใหญ่ และอีกแห่งอยู่ที่ปลายด้านเล็กของหลุมดำมวลมหาศาลในเอกภพ ดังนั้นเราจึงสามารถทดสอบได้ว่าแรงโน้มถ่วงมีพฤติกรรมในสภาพแวดล้อมที่สุดขั้วเหล่านี้อย่างไร ได้มากกว่าที่เคยทำมา
ภาพตัดต่อ กล้องโทรทรรศน์วิทยุในเครือข่าย EHT ที่ใช้สำรวจ Sgr A*
คำถาม-คำตอบที่น่าสนใจในการแถลงข่าว(ที่มูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ; NSF)
Q: ทำไมจึงเห็นเหมือนวงแหวนมีปมก้อนสว่าง 3 ปม
A: จริงๆ แล้ว เป็นภาพเฉลี่ยที่สร้างขึ้นจากการรวมภาพ ปมสว่างดังกล่าวไม่ใช่ก้อนพลาสมา แต่เป็นโครงสร้างสนามแม่เหล็กที่มีความรุนแรงมากกว่าพื้นที่รอบๆ ในภาพหลุมดำจำลองที่เหลือสุดท้าย 4 กลุ่ม กลุ่มสุดท้ายไม่ปรากฏโครงสร้างวงแหวน ภาพเฉลี่ยจะรักษารายละเอียดที่พบได้บ่อยที่เห็นในภาพกลุ่ม และลบรายละเอียดที่ไม่ปรากฏบ่อยทิ้งไป
ภาพหลุมดำจำลองหลายพันภาพ แบ่งได้เป็น 4 กลุ่มตามรายละเอียดที่คล้ายกัน ภาพนำเสนอของแต่ละกลุ่มแสดงในแถวล่าง ภาพนำเสนอของสามกลุ่มแรก แสดงโครงสร้างวงแหวน โดยมีความสว่างที่กระจายรอบวงแหวนที่แตกต่างกันไปกลุ่มที่สี่ก็มีภาพที่สอดคล้องกับข้อมูลแต่ไม่พบโครงสร้างคล้ายวงแหวน
กราฟแท่งของภาพนำเสนอแต่ละกลุ่มแสดงการเปรียบเทียบจำนวนภาพในแต่ละกลุ่ม สามกลุ่มแรกจะมีภาพในรดับหลายพันแห่ง ขณะที่กลุ่มสี่ที่เล็กสุดมีภาพเพียงไม่กี่ร้อยภาพ ความสูงของแท่งบ่งชี้ การกระจายเปรียบเทียบของแต่ละกลุ่มกับภาพเฉลี่ยด้วย
Q: ทำไมวงแหวนจึงดูเบี้ยว
A: ส่วนหนึ่งเพราะรูปแบบการโคจรของก๊าซที่เกิดในเวลาระดับนาที อีกส่วนเพราะหลุมดำมีการหมุนรอบตัว ที่เอียง ทำให้ดิสก์สะสมมวลสารเอียงกับแนวสายตา(กล้องโทรทรรศน์) จากโลก
Q: ก๊าซที่โคจรรอบหลุมดำ Sgr A* มีอุณหภูมิเท่าไร
A: ในส่วนของไอออนก็หลักล้านล้านองศา ส่วนอิเลคตรอน จะเย็นกว่าเล็กน้อย
Q: ทำไมหลุมดำใหญ่จึงพบอยู่ในใจกลางกาแลคซี
A: เนื่องจากกาแลคซีเป็นก้อนก๊าซและฝุ่นที่หมุนวนไป ส่วนที่เป็นใจกลางจะเป็นส่วนที่สงบที่สุด
Q: จะมีวีดีโอเหมือนเคส M87* หรือไม่ หรือจะมีข้อมูลอื่นๆ เพิ่มเติมขึ้นมา
A: จะต้องมีการสำรวจคู่ขนานในช่วงความยาวคลื่นอื่นๆ เพื่อให้ได้ภาพที่ชัดเจนมากขึ้น รวมทั้งตรวจสอบ polarization เหมือนกรณี M87* ในขณะนี้ เรามีแค่ภาพให้ ส่วนอัตราการหมุนรอบตัว ยังต้องสกัดออกจากข้อมูล
Q: ก่อนหน้านี้ เวลาพูดถึงหลุมดำ มันจะคิดถึงปีศาจหิวกระหาย คิดว่าหลุมดำของทางช้างเผือก มีคาแรกเตอร์ยังไง
A: ก่อนอื่นต้องเข้าใจว่า หลุมดำจะเริ่มกิจกรรมของมันเมื่อมีวัสดุสารผ่านเข้าไปใกล้มากพอ นอกเหนือจากนั้น มันจะอยู่นิ่งๆ หลุมดำของทางช้างเผือกเองก็จัดว่า สงบนิ่ง
- 5
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
