การบันทึกภาพหลุมดำครั้งแรกของโลก

หลังจากความพยายามมานานในที่สุดนักวิทยาศาสตร์ก็เผยความสำเร็จในการบันทึกภาพของ “หลุมดำยักษ์” เมื่อวันที่ 10 เมษายน พ.ศ. 2562 ในเวลา 20:00 น. โดยนักวิทยาศาสตร์สามารถบันทึกภาพหลุมดำที่มีมวลมหาศาลใจกลางกาแล็กซีที่รู้จักกันในชื่อ M87

กาแล็กซีขนาดใหญ่ที่เรียกว่า Messier 87 หรือ M87 นั้นอยู่ใกล้กับกระจุกเวอร์โก(กระจุกกาแล็กซีที่อยู่ใกล้กับโลกมากที่สุด) 55 ล้านปีแสงจากดาวเคราะห์โลก และหลุมดำที่สามารถบันทึกภาพได้นั้นมีมวลประมาณ 6,500 ล้านเท่าของดวงอาทิตย์ในกาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา

หน่วยงานดาราศาสตร์แถลงผลงานวิจัยครั้งนี้จากเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์ (Event Horizon Telescope : EHT) ซึ่งสามารถถ่ายภาพหลุมดำได้เป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ และนับเป็นความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์อันยิ่งใหญ่อีกครั้งหนึ่งของมวลมนุษยชาติ

งานวิจัยชิ้นนี้ มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาหลุมดำมวลยวดยิ่ง (Supermassive Black Hole) ที่อยู่บริเวณใจกลางกาแล็กซี M87 ซึ่งเป็นกาแล็กซีทรงรีที่มีมวลมหาศาล ซึ่งหลุมดำมวลยวดยิ่งจะแตกต่างจากหลุมดำทั่วไป คือ มวลของหลุมดำประเภทนี้อยู่ในระดับล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ และจะพบได้เฉพาะในใจกลางของกาแล็กซีเท่านั้น ดังนั้นจึงเปรียบเสมือนกับหัวใจหลักในแต่ละกาแล็กซี

กาแล็กซี M87 นี้ก็มีหลุมดำยักษ์อยู่ที่ใจกลางของกาแล็กซีเช่นเดียวกัน และที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์ก็ทราบเพียงแค่ว่า หลุมดำนี้ปลดปล่อยอนุภาคพลังงานสูงออกมา แต่ยังไม่เคยมีผู้ใดหรือสิ่งใดสามารถถ่ายภาพหลุมดำนี้ได้โดยตรง อย่างไรก็ตาม เงามืดที่เกิดขึ้นนี้ยังไม่ใช่บริเวณที่เรียกว่า “ขอบฟ้าเหตุการณ์ (event horizon)” อย่างแท้จริง กล่าวคือ เงามืดที่เห็นนี้ยังไม่ใช่ขนาดที่แท้จริงของหลุมดำ แต่เป็นผลที่เกิดจากแรงโน้มถ่วงมหาศาลซึ่งบิดโค้งมวลอวกาศรอบ ๆ หลุมดำ ทำให้ขอบฟ้าเหตุการณ์บิดเบี้ยวไป จนเกิดเป็นเงามืดที่มีขนาดใหญ่กว่าที่ควรจะเป็นถึง 2.5 เท่า

ภาพจากเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์ เผยให้เห็นสภาพแวดล้อมรอบ ๆ หลุมดำ มวลสารกำลังถูกดึงดูดเข้าสู่ใจกลางเกิดเป็นแรงเสียดสีที่มีพลังงานสูงและเปล่งแสงสว่างออกมา ซึ่งเรียกว่า จานพลาสมา หมุนวนรอบหลุมดำ และที่ใจกลางจานพลาสมานี้มีหลุมดำมวลยวดยิ่งทำให้แสงไม่สามารถเดินทางออกมาได้จนเกิดเป็นบริเวณเงามืดขนาดใหญ่ประมาณ 40,000 ล้านกิโลเมตร 

กล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์ (Event Horizon Telescope: EHT) เป็นเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุความถี่สูง ตั้งแต่ช่วง 230-450 GHz จากหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์วิทยุที่ทำงานร่วมกัน 8 แห่งทั่วโลก เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการรับสัญญาน โดยใช้ระบบเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์ทางไกล (Very Long Baseline Interferometer : VLBI) เมื่อสังเกตการณ์ร่วมกัน จะเสมือนว่ามีกล้องโทรทรรศน์วิทยุที่มีขนาดเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของโลก ดังนั้น เครื่องมือนี้คือกล้องโทรทรรศน์วิทยุ ที่ทำให้นักดาราศาสตร์ได้เห็นภาพของเอกภพที่กว้างไกลและคมชัดที่สุด โดยได้ภาพที่มีความละเอียดเชิงมุมระดับ 20 ไมโครอาร์คเซค ซึ่งเปรียบเหมือนการอ่านหนังสือพิมพ์ที่นิวยอร์ก สหรัฐอเมริกา จากร้านกาแฟในเมืองปารีส ประเทศฝรั่งเศส ที่ระยะห่างกันกว่า 6,000 กิโลเมตร ได้อย่างชัดเจน 

กล้องโทรทรรศน์วิทยุความถี่สูงของหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์วิทยุ 8 แห่ง ที่ร่วมเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์อีเวนต์ฮอไรซัน ได้แก่ ARO/SMT (Arizona Radio Observatory/Submillimeter-wave Astronomy) ประเทศสหรัฐอเมริกา, APEX (Atacama Pathfinder EXperiment) และ ALMA  (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) ประเทศชิลี, IRAM 30-meter telescope ประเทศสเปน, JCMT (James Clerk Maxwell Telescope) และ MA (The Submillimeter Array) รัฐฮาวาย สหรัฐอเมริกา, LMT (The Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano)ประเทศเม็กซิโก และ SPT (South Pole Telescope) ณ ขั้วโลกใต้ ทวีปแอนตาร์กติกา

ข้อมูลมหาศาลทั้งหมดจากการสังเกตการณ์ครั้งนี้ ประมาณ 1 ล้าน กิกะไบต์ ถูกนำมาประมวลผลด้วยซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่สถาบันดาราศาสตร์วิทยุมักซ์พลังค์ ประเทศเยอรมนี และ สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ ในประเทศสหรัฐอเมริกา

 

(3950)