Blockdit Logo (Mobile)
Question to the designer
•
20 พ.ค. 2022 เวลา 19:49 • วิทยาศาสตร์ & เทคโนโลยี
Blackhole the series EP.03 Riddle of the center
สวัสดีครับท่านผู้อ่านทุกท่านที่เข้ามาอ่านนะครับ จากที่ได้กล่าวไปในตอนก่อนว่าวันนี้เราจะมาพูดถึงข่าวของการจับภาพหลุมดำมวลยิ่งยวดใจกลางกาแล็คซีของเรา และจะมาอธิบายหลายๆอย่างที่น่าสนใจ ทั้งมันคืออะไร อย่างไร แล้วในตอนที่ 1 ก็บอกแล้วว่าแสงก็หนีไม่ได้แล้วเราจับรูปได้อย่างไร
รวมถึงซุปเปอร์บิ๊กแมตช์อย่างพี่ M87 ปะทะ Sgr A* ถึงความต่างและความยากง่ายในการทำงานด้วย และที่สำคัญคือมันสำคัญอย่างไร ก่อนอื่นเลยเหมือนเดิมครับหากบทความมีข้อผิดพลาดอะไร ก็สามารถติชม หรือแนะนำมาได้ รวมถึงสามารถถกเถียงในประเด็นต่างๆได้เลยครับ และก็ฝากติดตามเพจ ฟิสิกส์เหลี่ยมๆ เพื่อเป็นกำลังใจด้วยครับ มาเริ่มกัน!!!
ข่าวล่าสุดเมื่อ 12 พฤษภาคม 2022 EHT หรือ Event Horizon Telescopes collaboration ได้เผยให้เห็นถึงภาพของหลุมดำมวลยิ่งยวดใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา ชื่อ Sagittarius A* หรือ เรียกสั้นๆว่า Sgr A*
โดยโครงการ EHT เป็นโครงการวิจัยโดยการร่วมมือจากนานาชาติที่จัดตั้งเพื่อจับภาพหลุมดำ โดยมีนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรที่อยู่ในโครงการนี้อยู่ถึง 200 คนจากทั่วโลก โดยจะใช้ข้อมูลจากหอดูดาวทั่วโลกในการประมวลผลรูปหลุมดำ ควอซาร์หรือเทหวัตถุในอวกาศ โดยมีหอดูดาว เช่น ที่ขั้วโลกใต้ สหรัฐอเมริกา เม็กซิโก ชิลี เป็นต้น
โดยทางโครงการดังกล่าวก่อนหน้านี้ ในวันที่ 19 เมษายน 2019 ก็ได้มีการเผยถึงภาพที่ก่อให้เกิดความฮือฮาในเวลานั้นอย่างรูปภาพแรกของหลุมดำ ณ ใจกลางกาแล็กซี M87 ที่ห่างจากเราไปประมาณ 53.49 ล้านปีแสง ในเวลาต่อมาก็ได้ในวันที่ 24 มีนาคม 2021 ก็ได้เปิดเผยภาพสนามแม่เหล็กที่อยู่โดยรอบหลุมดำโดยวิธีจากแสงโพลาไรซ์แสดงให้เห็นถึงความเข้มสนามแม่เหล็ก
และล่าสุด วันที่ 12 พฤษภาคม 2022 ก็ได้เปิดเผยภาพของหลุมดำมวลยิ่งยวดใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือกของเราอย่าง Sagittarius A* (Sgr A*)
ที่ได้มีการกล่าวไว้จากการสังเกตการณ์ของนักดาราศาสตร์ Reinhard Genzel และ Andrea Ghez ที่ได้เสนอถึงการมีอยู่ของหลุมดำใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือก ที่ทำให้เขาทั้งสองร่วมด้วย Roger Penrose ได้โนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 2020 โดย Genzel และ Ghez ได้ร่วมสังเกตการณ์บริเวณใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือกตั้งแต่ปี 2008 เรื่อยมาพบการโคจรของดวงดาวรอบๆใจกลางที่เป็นบริเวณพื้นที่ว่าง ซึ่งมีการโคจรดังรูปที่คงที่
ทั้งสองคาดการณ์ว่ามันมีมวลถึง 4.3 ล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ และมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางที่ประมาณ 14.6 ล้านไมล์ หรือ 23.5 ล้านกิโลเมตร
และนั่นคือผลงานชิ้นหนึ่งที่สำคัญของโครงการนี้แต่ประเด็น คือ แล้วพวกเขาจับภาพมันได้อย่างไรในเมื่อหากแสงเข้าใกล้บริเวณขอบฟ้าเหตุการณ์(Event Horizon )ก็จะถูกความโน้มถ่วงหลุมดำดึงดูดไว้ไหลวนรอบๆหลุมดำหนีไม่ได้แล้วโฟตอนที่มาทำให้ก่อเกิดภาพมันมาจากไหน
คำตอบคือแสงดังกล่าวเกิดจากแสงที่แผ่ออกมาจากอะตอมแก๊สไฮโดรเจน และแก๊สอื่นๆรอบๆขอบของขอบEvent Horizon ที่พวกมันถูกขังไว้ โดยอะตอมและโมเลกุลเหล่านี้จะถูกกระตุ้นให้เกิดการสั่นเนื่องจากพลังงานแล้วมันก็จะแผ่แสงออกมาและเนื่องด้วอยู่ขอบของ Event Horizon หากพลังงานมากพอแสงเหล่านั้นก็จะหลุดรอดมาได้ แล้วพลังงานนั้นมาจากไหนก็มาจากความเข้มสนามแม่เหล็กรอบหลุมดำและความร้อนของขอบฟ้าเหตุการณ์และหลุมดำนั่นเอง
และเมื่อเราทราบหลักการคร่าวๆของมันแล้วแล้วภาพเหล่านี้มันมาอย่างไรและยากลำบากแค่ไหน เพราะมันทั้งไกลและกว่าที่คลื่นไมโครเวฟจะยิงไปถึงมันต้องผ่านอะไรมามากมาย
โดยโครงการ EHT นั้นจะใช้ข้อมูลที่รวบรวมจากหอดูดาวที่ร่วมมือทั่วโลก ทำไมถึงเป็นอย่างนั้นเพราะการที่จะส่องมองไปในอวกาศในระยะที่ไกลขนาดนั้นเราจำเป็นต้องสร้างกล้องที่มีกำลังขยายสูงมาก จนอาจต้องสร้างกล้องที่ขนาดเท่าโลก ทาง EHT จึงใช้วิธีการให้กล้องโทรทรรศน์ทั่วทุกมุมโลกทำงานเสมือนกล้องตัวเดียวกันโดยการให้พวกมันส่องไปยังอวกาศ ณ จุดเดียวกัน ในเวลาเดียวกัน
โดยกล้องโทรทรรศน์จะใช้คลื่นไมโครเวฟเนื่องจากเป็นคลื่นที่มีพลังงานสูงและอำนาจทะลุทะลวงสูง โดยการระบุเวลาจะใช้นาฬิกาอะตอมเพื่อความละเอียดในการระบุเวลามากที่สุด จากนั้นจะนำรูปจากทุกๆหอดูดาวมาทำการรวมกันในทุกๆภาพแล้วนำรูปที่เป็นค่าเฉลี่ยที่สุดมารวมเป็นรูปที่ดีที่สุดที่เราได้เห็นในสื่อปัจจุบัน
แล้วมันต่างจากการจับรูปภาพของ M87 มั้ยแล้วต่างอย่างไร หรือมันยากง่ายอย่างไร
แน่นอนว่ามันย่อมเหมือนและต่างกัน เนื่องจากด้วยสัณฐานของหลุมดำ Sgr A* มีขนาดและมวลที่ต่ำกว่า และด้วยการที่ระบบสุริยะเราอยู่ขอบของกาแล็กซีทางช้างเผือกมันจะมีอีก 1 ปัจจัยที่ยากคือ สสาร,อนุภาคต่างๆ และระบบดาวฤกษ์ จะโคจรกองรวมที่ใจกลางจึงเป็นอีก 1 อุปสรรค ในการสังเกตมันเพราะแสง ณ ใจกลางจะสว่างจ้า และมีอนุภาคบังอยู่มาก
หากเทียบกับ M87 ที่แม้จะห่างไกลถึง 53.49 ล้านปีแสง (Sgr A* ห่าง 23000 ปีแสง) แต่ด้วยขนาดที่ใหญ่กว่าจึงสังเกตและรวบรวมภาพได้ง่ายกว่า และด้วยขนาดที่เล็กกว่าทำให้ระยะเวลาของอนุภาคที่จะไหลรอบ Sgr A* ก่อนตกสู่หลุมดำนั้นก็สั้นกว่า
ทาง EHT จึงใช้เทคนิคเพิ่มในการรวมรูปของ Sgr A* คือการนำรูปที่ได้ทุกรูปจากทุหอดูดาวมารวมกันแล้วหารูปที่เฉลี่ยที่สุดมารวมแล้วจึงออกมาเป็นอย่างที่เห็น กล่าวคือ ของ M87 เกือบทุกรูปมีความคล้ายกันเหมือนจิ๊กซอว์จากกล่องเดียวกันมันก็แค่นำมารวมกัน
แต่ของ Sgr A* คือ จิ๊กซอว์หลายๆกล่องเทรวมกันเราจึงต้องนำจิ๊กซอว์แต่ละชิ้นมาแยกหาที่ใกล้เคียงจะต่อเป็นรูปเดียวกันได้แล้วจึงนำจิ๊กซอว์ที่คัดมาแล้วรวมเป็นรูปที่สมบูรณ์ในที่สุด
แล้ว EHT มีแผนอย่างไรต่อในอนาคต
ในปี 2022 EHT มีแผนที่จะสำรวจหลุมดำอีกหลายแห่งและควอซาร์ โดยก้าวต่อไปคือ การพัฒนาโดยใช้ภาพถ่ายจากดาวเทียมที่ส่องออกไปนอกอวกาศอันไกลโพ้น เหมือน ดาวเทียมฮับเบิล หรือเจมส์ เว็บ เพื่อลดระยะห่างของสิ่งสำรวจเพื่อเพิ่มความคมชัดของภาพโดยองค์การอวกาศยุโรปมีแผนจะนำดาวเทียม 2-3 ตัวออกโคจรรอบโลก โดยเรยกว่าโครงการ Event Horizon Imagers
และ Vincent Fish หนึ่งในทีมของ EHT ได้เสริมถึงการพัฒนากล้องและเทคนิคต่างๆเพื่อช่วยให้สามารถสร้างหรือแสดงให้เห็นภาพเคลื่อนไหวของ หลุมดำใจกลางกาแล็กซี M87 ในปี 2022 อีกด้วย
จากทั้งหมดที่ผมได้เขียนโดยการรวบรวมข้อมูลหลายแหล่งแล้วมันสำคัญอย่างไรต่อเราในการสังกตการณ์หลุมดำใจกลางกาแล็กซีของเรา ในแง่ทฤษฏีอย่างแรกคือมันสามารถพิสูจน์ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปได้รวมถึงคำตอบในสมการของสมการสนามของไอสไตน์ และมันยังสามารถต่อยอดในการศึกษาถึงวัตถุที่หมุนโคจรรอบๆหลุมดำว่ามันสามารถก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กเข้มสูงหรือโฟตอนพลังงานสูงอย่างไร
และในแง่ความสำคัญในการที่เราอาจสามารถรู้ถึงที่ไปที่มาของเราได้เนื่องหนึ่งสิ่งน่าสนใจคือ แทบทุกกาแล็กซีจะมีหลุมดำอยู่ ณ ใจกลางมันอาจสามารถอธิบายเราเพิ่มถึงวิวัฒนาการของดาวต่างๆรวมถึงกาแล็กซี หรือเอกภพเลยก็ได้
ก็จบไปอีก 1 ตอนที่น่าสนใจ ส่วนในตอนต่อไปในชุดซีรีส์ Blackhole ผมจะมาเขียนเล่าถึงเรื่องที่แทบทุกคนน่าจะสนใจคือ จะเป็นอย่างไรหากเราตกลงสู่หลุมดำ จะเป็นอย่างไรโปรดติดตามในตอนต่อไป และเหมือนเดิมครับสามารถติชม แนะนำและร่วมแสดงความคิดเห็นได้ครับ
โฆษณา