พบแสงด้านหลัง – ซีเอ็นเอ็น รายงานวันที่ 2 ส.ค. ว่า นักวิทยาศาสตร์ตรวจพบแสงไฟจากด้านหลังของหลุมดำเป็นครั้งแรก เป็นไปตามการทำนายที่มีมาอย่างยาวนานในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์
แดน วิลกินส์
แดน วิลกินส์ นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด และเพื่อนร่วมงาน สังเกตรังสีเอกซ์ที่ปล่อยออกมาจากหลุมดำมวลมหาศาล ซึ่งตั้งอยู่ที่ใจกลางกาแลคซี ที่อยู่ห่างจากโลก 800 ล้านปีแสง
แสงไฟเจิดจ้าเหล่านี้ไม่ธรรมดา เนื่องจากแม้ว่าแสงไฟไม่สามารถหนีจากหลุมดำได้ แรงดึงดูดมหาศาลที่อยู่รอบๆ หลุมดำ สามารถให้ความร้อนแก่วัสดุได้หลายล้านองศา นี่สามารถปล่อยคลื่นวิทยุและรังสีเอกซ์ บางครั้งวัตถุร้อนจัดนี้ถูกพุ่งออกไปในอวกาศด้วยเครื่องบินไอพ่นเร็ว รวมถึงรังสีเอกซ์และรังสีแกมมา
แต่นายวิลคินส์สังเกตแสงแวบเล็กๆ ของรังสีเอกซ์ ซึ่งเกิดขึ้นในภายหลังและมีสีต่างกัน และพวกมันมาจากด้านไกลของหลุมดำ
“แสงใดที่เข้าไปในหลุมดำจะไม่ออกมา เราจึงไม่ควรมองเห็นสิ่งใดที่อยู่ด้านหลังหลุมดำ” วิลกินส์ นักวิทยาศาสตร์วิจัย สถาบันอนุภาคดาราศาสตร์ฟิสิกส์และจักรวาลวิทยา “คัฟลี” มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด และห้องปฏิบัติการเร่งความเร็วแห่งชาติ SLAC ผู้เขียนการศึกษาดังกล่าว ระบุ
อย่างไรก็ตาม ธรรมชาติแปลกประหลาดของหลุมดำทำให้การสังเกตการณ์มีความเป็นไปได้จริง
“เหตุผลที่เราสามารถเห็นได้คือว่าเนื่องจากหลุมดำเป็นพื้นที่แปรปรวน แสงหักเห และสนามแม่เหล็กหมุนรอบตัวมันเอง” นายวิลคินส์ระบุ
การศึกษาดังกล่าวตีพิมพ์เมื่อวันพุธที่ 28 ก.ค. ในวารสารวิทยาศาสตร์ เนเจอร์
“50 ปีก่อน เมื่อนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์เริ่มคาดเดาว่า สนามแม่เหล็กจะมีพฤติกรรมใกล้กับหลุมดำอย่างไร พวกเขาไม่รู้ว่า วันหนึ่งเราอาจมีเทคนิคสังเกตสิ่งนี้โดยตรง และเห็นทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ในการปฏิบัติจริง” โรเจอร์ แบลนด์ฟอร์ด ศาสตราจารย์ฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด ผู้ร่วมเขียนการศึกษาดังกล่าว ระบุ
An illustration of a black hole. (Image credit: Mark Garlick/Science Photo Library)
ทฤษฎีไอน์สไตน์ หรือแนวคิดที่ว่าแรงโน้มถ่วงเป็นสสารแปรปรวนในกาลอวกาศ ยังอยู่มาเป็นเวลาร้อยปีเมื่อมีการค้นพบทางดาราศาสตร์ครั้งใหม่
หลุมดำบางหลุมมี โคโรนา หรือวงแหวนแสงจ้าก่อตัวขึ้นรอบๆ หลุมดำ เมื่อสสารตกลงไปในหลุมดำนั้นและร้อนถึงอุณหภูมิสุดขั้ว แสงรังสีเอกซ์นี้เป็นวิธีหนึ่งที่นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาและทำแผนที่หลุมดำได้
เมื่อก๊าซตกลงไปในหลุมดำ อุณหภูมิจะสามารถพุ่งสูงขึ้นได้ถึงหลายล้านองศา ทำให้อิเล็กตรอนแยกออกจากอะตอม ซึ่งสร้างพลาสมาแม่เหล็ก แรงโน้มถ่วงทรงพลังของหลุมดำทำให้สนามแม่เหล็กนี้โค้งสูงเหนือหลุมดำและหมุนวนจนสนามแม่เหล็กแตกกระจาย
นี่ไม่ต่างจากวงแหวนรอบดวงอาทิตย์หรือบรรยากาศภายนอกร้อนระอุ พื้นผิวดวงอาทิตย์ถูกปกคลุมด้วยสนามแม่เหล็ก เกิดเป็นวงสนามแม่เหล็กและกระจุกขนนกขณะทำปฏิกิริยากับอนุภาคในวงแหวนรอบดวงอาทิตย์ นี่คือเหตุผลที่นักวิทยาศาสตร์เรียกวงแหวนรอบหลุมดำว่าเป็นโคโรนา
“สนามแม่เหล็กนี้ผูกมัดและเข้าใกล้หลุมดำ ทำให้ทุกอย่างร้อนขึ้นและผลิตอิเล็กตรอนพลังงานสูงเหล่านี้เพื่อผลิตรังสีเอกซ์” วิลกินส์กล่าว
Credit: CC0 Public Domain
ขณะทำการศึกษาแสงรังสีเอกซ์ ศาสตราจารย์วิลกินส์สังเกตแสงวาบขนาดเล็กกว่า เขาและเพื่อนนักวิจัยจึงรู้ว่า แสงรังสีเอกซ์ขนาดใหญ่กว่าถูกสะท้อนออกมาและหักเหรอบหลุมดำจากด้านหลังของมัน ทำให้คณะนักวิจัยเห็นด้านไกลของหลุมดำ
“ผมคิดค้นการทำนายตามทฤษฎีที่ว่า เสียงสะท้อนเหล่านี้ปรากฏแก่เราอย่างไรในช่วง 2-3 ปีที่ผ่านมา ผมเคยเห็นสิ่งเหล่านั้นในทฤษฎีที่ผมกำลังคิดค้น ดังนั้น เมื่อผมเห็นสิ่งเหล่านั้นในการสังเกตการณ์ด้วยกล้องโทรทรรศน์ ผมจึงสามารถหาความเชื่อมโยงได้”
การสังเกตการณ์ดังกล่าวเกิดขึ้นโดยใช้กล้องโทรทรรศน์รังสีเอกซ์บนอวกาศ 2 ตัว ได้แก่ NuSTAR ขององค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ (NASA) และ XMM-Newton ขององค์การอวกาศยุโรป (European Space Agency)
นอกจากนี้ จำเป็นต้องมีการสังเกตการณ์เพิ่มเติมเพื่อทำความเข้าใจโคโรนาของหลุมดำเหล่านี้ และองค์การอวกาศยุโรปจะเปิดตัวหอดูดาวรังสีเอกซ์ อะธีนา (Athena) ในปี 2574 ด้วย
ข่าวที่เกี่ยวข้อง:
นักฟิสิกส์คาดมีกลุ่มหลุมดำขนาดย่อม ซ่อนตัวในกระจุกดาวของกาแล็กซีทางช้างเผือก
ทฤษฏีของฮอว์คิง “หลุมดำมีแต่จะขยายใหญ่ขึ้น” ได้รับการพิสูจน์ว่าถูกต้อง
ภาพถ่ายใหม่ล่าสุดของหลุมดำ M87* เผยให้เห็นสนามแม่เหล็กหมุนวน
