สำรวจกาลอวกาศที่ถูกลากรอบหลุมดำ
อวกาศกำลังส่งของขวัญให้กับนักวิทยาศาสตร์กลุ่มหนึ่งซึ่งสำรวจหาหนึ่งในปรากฏการณ์ประหลาดที่น่าอัศจรรย์ที่สุด การศึกษาที่เผยแพร่ใน Science Advances รายงานการสำรวจพบห้วงอวกาศที่หมุนเป็นเกลียวซึ่งมีสาเหตุจากหลุมดำที่กำลังหมุนรอบตัวเร็วมากแห่งหนึ่ง
กระบวนการที่เรียกว่า Lense-Thirring precession หรือ การลากกรอบ(frame-dragging) อธิบายว่าหลุมดำบิดกาลอวกาศรอบๆ มันได้อย่างไร ซึ่งจะลากให้วัตถุที่อยู่ใกล้ๆ เช่น ดาวฤกษ์ ทำให้วงโคจรของพวกมันส่ายไปด้วย
ทีมที่นำโดยหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์แห่งชาติ สำนักวิทยาศาสตร์แห่งชาติจีน ได้ตรวจสอบ AT2020afhd ในใจกลางกาแลคซี LEDA 145386 ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อดาวฤกษ์ดวงหนึ่งถูกยืดออกทั้งแนวตั้งและแนวนอน(spaghettification) โดยหลุมดำมวลมหาศาล(supermassive black hole) แห่งหนึ่ง เรียกว่า tidal disruption event สร้างเป็นพาสตาดาวที่พันไปรอบๆ หลุมดำเหมือนกับเส้นพาสตาที่ม้วนไปรอบๆ ส้อม สร้างเป็นเมฆแบนหรือดิสก์ที่หมุนวนก่อตัวขึ้นรอบๆ หลุมดำที่เรียกว่า ดิสก์สะสมมวลสาร(accretion disk)
tidal disruption event เมื่อมีดาวฤกษ์เข้าใกล้หลุมดำขนาดใหญ่มากเกินไป ความแตกต่างของแรงโน้มถ่วง(tidal force) จะยืดดาวออกเป็นแถบคล้ายกับเส้นสปาเกตตี้(spaghettifying) เข้าสู่ดิสก์สะสมมวลสาร ลงสู่หลุมดำ เกิดการปะทุที่สว่าง
ข้อมูลช่วงตาเห็นได้แสดงถึงแสงเรืองสีฟ้าซึ่งมีเส้นเปล่งคลื่นไฮโดรเจนและฮีเลียมที่รุนแรง ซึ่งสอดคล้องกับลำดับเหตุการณ์เมื่อดาวฤกษ์ดวงหนึ่งถูกฉีกออก จากนั้นแสงก็สลัวลงด้วยอัตราตามที่คาดไว้จากเศษซากที่จะค่อยๆ ถูกหลุมดำกลืนลงไป
จากพฤติกรรมนี้ นักวิจัยประเมินมวลหลุมดำได้ที่ 5 ล้านเท่าดวงอาทิตย์ แต่ยักษ์ใหญ่เหล่านี้เป็นตัวกินมูมมามยังไม่พอ ยังคายวัสดุสารบางส่วนจากขั้วหลุมดำโดยสนามแม่เหล็ก สร้างไอพ่นวัสดุสารที่ถูกยิงออกมาด้วยความเร็วเกือบเท่าแสง แต่จากการเปลี่ยนแปลงทั้งสัญญาณรังสีเอกซ์และคลื่นวิทยุอย่างเป็นจังหวะจากเหตุการณ์นี้ ทีมสำรวจพบว่าดิสก์และไอพ่นกำลังส่ายไปด้วยกันทุกๆ 20 วันโลก
การทำนายที่เกิดขึ้นจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปโดยไอน์สไตน์ในปี 1913 และจากนั้นก็อธิบายเป็นคณิตศาสตร์โดย Lense และ Thirring ในปี 1918 การสำรวจล่าสุดจึงได้ยืนยันการทำนายได้ให้เส้นทางใหม่แก่นักวิทยาศาสตร์ในการศึกษาการหมุนรอบตัวของหลุมดำ, ฟิสิกส์การสะสมมวลสาร(accretion physics) และการก่อตัวไอพ่น
หลุมดำที่กำลังหมุนรอบตัวอย่างรวดเร็วจะลากกาลอวกาศ(frame dragging) รอบๆ มันไปด้วย ทำให้ดิสก์สะสมมวลสารรอบๆ หลุมดำพลอยส่าย(wobble) ไปด้วย เมื่อสังเกตเห็นไอพ่นซึ่งยิงออกจากขั้วแม่เหล็กของหลุมดำ ก็ควงส่าย(precession) คล้ายลูกข่างที่กำลังหมุน
ดร Cosimo Inserra จากสำนักฟิสิกส์และดาราศาสตร์ มหาวิทยาลัยคาร์ดิฟฟ์ และหนึ่งในผู้เขียนร่วมในรายงาน กล่าวว่า การศึกษาของเราได้แสดงถึงหลักฐานที่ชัดเจนที่สุดจากการควงส่ายเลนส์-เธียร์ริ่ง(Lense-Thirring precession) เมื่อหลุมดำลากกาลอวกาศไปพร้อมกัน ไม่ต่างจากที่ลูกข่างที่หมุนรอบตัวแล้วลากน้ำไปรอบๆ มันเมื่ออยู่ในน้ำวน
นี่เป็นของขวัญสำหรับนักฟิสิกส์อย่างแท้จริงเมื่อเรายืนยันการทำนายจากเมื่อร้อยกว่าปีก่อนได้ ไม่เพียงแค่นั้น แต่การสำรวจเหล่านี้ยังบอกเราเพิ่มเติมเกี่ยวกับ TDEs เมื่อดาวดวงหนึ่งถูกฉีกออกจากแรงโน้มถ่วงมหาศาลจากหลุมดำ มันไม่เหมือนกับการศึกษา TDEs ก่อนหน้านี้ ซึ่งมีสัญญาณวิทยุที่คงที่ สัญญาณจาก AT2020afhd แสดงการเปลี่ยนแปลงในช่วงสั้น ซึ่งเราก็ไม่อาจเชื่อมโยงกับพลังงานที่หลุมดำและองค์ประกอบรอบๆ ปล่อยออกมา นี่ยิ่งยืนยันผลการลากในใจเรา และให้วิธีการใหม่แก่นักวิทยาศาสตร์ในการตรวจสอบหลุมดำ
ทีมทำแบบจำลองข้อมูลจากหอสังเกตการณ์สวิฟท์ และข้อมูลคลื่นวิทยุจาก VLA(Karl G. Jansky Very Large Array) เพื่อจำแนกปรากฏการณ์การลากกรอบ การวิเคราะห์องค์ประกอบ, โครงสร้างและคุณสมบัติของสสารในอวกาศด้วยการตรวจสอบสเปคตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ได้ช่วยให้ทีมได้อธิบายและจำแนกกระบวนการ
แบบจำลองการควงส่ายดิสก์-ไอพ่น ใน AT2020afhd
เมื่อหลุมดำหมุนรอบตัว มันลากกาลอวกาศรอบๆ ไปด้วย ถ้าก๊าซที่กำลังวิ่งเข้ามาโคจรในมุมที่เอียง ดิสก์ส่วนในก็อาจจะส่ายอย่างช้าๆ ไอพ่นใดๆ ที่มีรากฐานจากดิสก์ ก็ควรจะส่ายไปด้วย แบบจำลองของ AT2020afhd สนับสนุนภาพนี้ ในช่วงปีแรก ระบบน่าจะได้รับก๊าซเกินขีดจำกัดเอ็ดดิงตัน(Eddington limit) ดิสก์จึงยังหนาและแผ่เข้าไปใกล้กับหลุมดำ เมื่อดิสก์ควงส่าย พื้นที่ก็เปลี่ยนแปลง ส่วนหนึ่งของดิสก์ยังกันแสงจากพื้นที่ส่วนทีร้อนที่สุดด้วย ทำให้เกิดวัฏจักรรังสีเอกซ์ขึ้น
ในเวลาเดียวกัน ทิศทางของไอพ่นก็กวาดไปรอบๆ เมื่อมันชี้มาใกล้กับแนวสายตาของเรามากขึ้น การเปล่งคลื่นวิทยุก็สว่างขึ้นอันเนื่องจากดอปเปลอร์ เมื่อมันเหวี่ยงตัวออกไป สัญญาณก็มืดลง
จากระดับความแรงที่สำรวจพบ นักวิจัยบอกว่าไอพ่นนี้มีสัมพัทธภาพอย่างเบาๆ ความเร็วเทียบกับตัวแปรลอเรนทซ์(Lorentz factor) 1.2 ถึง 1.6 หรือ 50 ถึง 78% ความเร็วแสง เมื่อสันนิษฐานว่าวัฏจักร 19.6 วันสะท้อนถึงคาบการควงส่าย ทีมก็หาอัตราการหมุนรอบตัวของหลุมดำ เรขาคณิตบอกว่ามุมการมองเห็นอยู่ที่ใกล้ 38 องศา และกรวยการควงส่าย(precession cone) ที่ 15 องศา
ด้วยการแสดงว่าหลุมดำแห่งหนึ่งสามารถลากกาลอวกาศ และสร้างปรากฏการณ์การลากกรอบนี้ เรายังได้เริ่มเข้าใจกลไกของกระบวนการนี้ Inserra อธิบาย ดังนั้น ในแบบเดียวกันที่วัตถุมีประจุไฟฟ้าสร้างสนามแม่เหล็กได้เมื่อมันหมุนรอบตัว เราก็กำลังได้เห็นว่าวัตถุมวลสูงที่หมุนรอบตัวในกรณีนี้คือหลุมดำ ได้สร้างสนามแรงโน้มถ่วงแม่เหล็กซึ่งส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของดาวและวัตถุในอวกาศที่อยู่ใกล้เคียงอื่นๆ ได้อย่างไร
ภาพอธิบายดิสก์สะสมมวลสารล้อมรอบหลุมดำ ซึ่งพื้นที่ส่วนในของดิสก์กำลังควงส่าย ในบริบทนี้ การส่ายบอกได้จากวงโคจรของวัสดุสารรอบหลุมดำที่เปลี่ยนแปลงการเรียงตัวรอบวัตถุที่ใจกลาง
มันช่วยย้ำเตือนเราโดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงเวลาพิเศษที่เรามองขึ้นไปบนท้องฟ้าในยามค่ำคืนด้วยความสนเท่ห์ ว่าเราจะมีโอกาสได้จำแนกวัตถุที่พิเศษสุดอย่างนี้ที่ธรรมชาติจะสรรค์สร้างต่างๆ นานาทั้งหมด ได้เพิ่มอีกหรือไม่
แหล่งข่าว phys.org – Einstein’s theory comes wrapped up with a bow: astronomers spot star “wobbling” around black hole
space.com – Einstein’s right again! Scientists catch a feasting black hole dragging the very fabric of spacetime
thebrighter-side.news – astronomers discover spacetime drag around a supermassive black hole – as predicted by Einstein
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2026 Blockdit
