ทดสอบทฤษฎีของไอน์สไตน์จากภาพเงาหลุมดำ
คิดกันว่าหลุมดำเป็นตัวตะกละในอวกาศจากที่แม้แต่แสงก็หนีออกมาไม่ได้ นั่นเองก็เป็นเหตุผลว่าเพราะเหตุใดภาพของหลุมดำที่ใจกลางกาแลคซี M87 และทางช้างเผือกของเราซึ่งเพิ่งเผยแพร่เมื่อไม่กี่ปีก่อนโดยกลุ่มความร่วมมือกล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าสังเกตการณ์ จึงสร้างความฮือฮาอย่างมาก
สิ่งที่คุณได้เห็นในภาพเหล่านี้ไม่ใช่ตัวหลุมดำเอง แต่กลับเป็นสสารร้อนจัดที่หมุนวนในละแวกที่ใกล้ชิดกับหลุมดำอย่างมาก ศ Luciano Rezzolla อธิบาย เขาและทีมที่มหาวิทยาลัยเกอเธ่ ฟรังฟรวตอัมไมน์ เองก็มีบทบาทสำคัญในการค้นพบเหล่านี้ ตราบเท่าที่สสารยังคงหมุนวนอยู่นอกขอบฟ้าสังเกตการณ์(event horizon) ก่อนที่จะถูกดึงเข้าไปจนหายลับ มันก็ยังคงเปล่งแสงสุดท้ายที่เราสามารถตรวจจับได้(ในทางทฤษฎี)
ภาพเหล่านั้นจึงเป็นเงาของหลุมดำ การค้นพบนี้ได้เปิดโอกาสสู่การตรวจสอบทฤษฎีเบื้องหลังวัตถุที่สุดขั้วที่สุดเหล่านี้อย่างใกล้ชิด โดยรวมแล้ว ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ถือเป็นคำอธิบายอวกาศและเวลาในทางฟิสิกส์ มันได้ทำนายถึงการมีอยู่ของหลุมดำเป็นผลที่ได้ พร้อมกับความแปลกประหลาดพิสดารอื่นๆ ที่มี ซึ่งรวมถึงขอบฟ้าสังเกตการณ์ ซึ่งเลยจากจุดนี้ไป ทุกๆ สิ่งรวมถึงแสงจะหายไป
เครือข่าย EHT ซึ่งใช้มาตรแทรกสอดเพื่อสำรวจหลุมดำในกาแลคซียักษ์ M87 และในทางช้างเผือก(ภาพปก)
แต่อย่างไรก็ตาม ยังมีทฤษฎีบางงานที่ได้ทำนายถึงการมีอยู่ของหลุมดำอีก บางส่วนก็ต้องการสสารที่มีคุณสมบัติที่จำเพาะอย่างมาก หรือกระทั่งการละเมิดกฎทางฟิสิกส์ที่เรารู้จัก Rezzolla กล่าว เขาและเพื่อนร่วมงานจากสถาบันหลี่เจิ้งเต้า มหาวิทยาลัยซ่างไห่เจียวทงในจีน และที่เกอเธ่ ได้เสนอความเป็นไปได้ใหม่ๆ ในการตรวจสอบทฤษฎีทางเลือกเหล่านั้นในวารสาร Nature Astronomy
จนกระทั่งบัดนี้ ก็ยังไม่มีข้อมูลที่ชัดเจนที่จะช่วยให้ปฏิเสธหรือยืนยันทฤษฎีเหล่านั้น แต่นักวิจัยก็วางแผนที่จะเปลี่ยนในอนาคตโดยการใช้ภาพเงาของหลุมดำมวลมหาศาล(supermassive black holes) จะทำอย่างนั้นต้องการสองสิ่ง Rezzolla อธิบาย ทางหนึ่ง คือ ภาพเงาหลุมดำที่มีความละเอียดสูงเพื่อตรวจสอบรัศมีของพวกมันให้เที่ยงตรงที่สุดเท่าที่ทำได้ และอีกทางก็คือ คำอธิบายทางทฤษฎีว่าทางเลือกเหล่านั้นจะแตกต่างจากทฤษฎีไอน์สไตน์อย่างไร
ขณะนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้นำเสนอคำอธิบายแบบเบ็ดเสร็จว่าหลุมดำในทางทฤษฎีแต่ละชนิดแตกต่างจากหลุมดำในทฤษฎีสัมพัทธภาพอย่างไร และมันกระทบต่อภาพเงาอย่างไร เพื่อตรวจสอบ ทีมได้ทำแบบจำลองเสมือนจริงคอมพิวเตอร์สามมิติเชิงซ้อนระดับสูงที่จำลองพฤติกรรมสสารและสนามแม่เหล็กในกาลอวกาศที่บิดโค้งไปรอบหลุมดำ จากแบบจำลองเหล่านี้ จากนั้น นักวิจัยก็สังเคราะห์ภาพพลาสมาที่เรืองสว่าง
คำถามหลักก็คือ ภาพของหลุมดำในแต่ละทฤษฎีจะแตกต่างกันไปหรือไม่ Akhil Uniyal ผู้เขียนนำจากสถาบันหลี่เจิ้งเต้า อธิบาย จากสิ่งนี้ ก็พบเงื่อนงำที่ชัดเจนได้ ถ้ามีการตรวจสอบความละเอียดสูงในอนาคต ก็จะช่วยให้ตัดสินใจได้ว่าเป็นไปตามทฤษฎีจำเพาะใด ในขณะที่ความแตกต่างในภาพก็ยังคงเล็กน้อยเกินไปสำหรับความละเอียดปัจจุบันของ EHT แต่ก็จะมีความละเอียดที่สูงขึ้นอย่างเป็นระบบ
ภาพอธิบายภาพหลุมดำในใจกลางที่แสดงความแตกต่างเล็กน้อยระหว่างหลุมดำที่อธิบายโดยสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ กับทฤษฎีทางเลือก
เพื่อระบุสิ่งนี้ นักฟิสิกส์ได้พัฒนาคุณลักษณะสากลของหลุมดำที่จะผนวกความพยายามทางทฤษฎีที่แตกต่างกันทั้งหมดไว้ได้ หนึ่งในสิ่งสำคัญที่ EHT มีให้ต่อดาราศาสตร์ฟิสิกส์ก็คือเปลี่ยนหลุมดำให้กลายเป็นวัตถุที่ทดสอบได้ Rezzolla ตอบ ความคาดหวังก็คือ สัมพัทธภาพจะยังคงพิสูจน์ตัวมันเองต่อไป อย่างที่เป็นมา
โดยรวมแล้ว ผลสรุปยังสอดคล้องกับทฤษฎีของไอน์สไตน์ อย่างไรก็ตาม ความคลาดเคลื่อนจากการตรวจสอบยังคงสูงมากจนมีความเป็นไปได้ที่พิสดารมากๆ เพียงไม่กี่งานที่ตัดออกไป ยกตัวอย่างเช่น หลุมดำสองแห่งใน M87 กับทางช้างเผือกก็ไม่น่าจะเป็นสิ่งที่เรียกว่า ภาวะเอกฐานเปลือย(naked singularities; ไม่มีขอบฟ้าสังเกตการณ์) หรือรูหนอน(wormholes) ซึ่งสามารถตรวจสอบความเป็นไปได้สองอย่างนี้ออกไปได้เท่านั้น
แม้แต่ทฤษฎีที่มั่นคงก็จะต้องถูกทดสอบอย่างต่อเนื่อง โดยเฉพาะด้วยวัตถุที่สุดขั้วอย่างหลุมดำ นักวิจัยกล่าวเสริม นี่น่าจะเป็นเรื่องที่สร้างประวัติศาสตร์ถ้าพิสูจน์ได้ว่าทฤษฎีของไอน์สไตน์ใช้การไม่ได้แล้ว EHT ได้ให้โอกาสดีเยี่ยมในการตรวจสอบลักษณะนี้ กลุ่มความร่วมมือจากกล้องโทรทรรศน์วิทยุขนาดใหญ่ 11 ตัวทั่วโลกบรรลุถึงความละเอียดที่เทียบเท่ากับกล้องโทรทรรศน์ตัวเดียวที่มีขนาดเท่ากับโลก ซึ่งให้ภาพสภาพแวดล้อมใกล้กับหลุมดำ
ในอนาคต EHT มีแผนจะผนวกกล้องโทรทรรศน์บนโลกเพิ่ม นักวิทยาศาสตร์ยังหวังว่าจะมีกล้องโทรทรรศน์วิทยุในอวกาศ ซึ่งน่าจะปรับปรุงความละเอียดของภาพโดยรวมได้อย่างเห็นได้ชัด ด้วยภาพความละเอียดสูงเหล่านั้น ก็น่าจะเป็นไปได้ที่จะทดสอบทฤษฎีต่างๆ เกี่ยวกับหลุมดำจนถึงระดับที่สุดเขี้ยว ตามที่การศึกษาใหม่นี้ได้บอกไว้คือ ต้องใช้ความละเอียดเชิงมุมระดับไม่ถึง 1 ในล้านส่วนของ 1 อาร์ควินาที เทียบได้กับการมองเห็นเหรียญบนดวงจันทร์จากโลก ซึ่งก็น่าจะขยับไปถึงในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
