พบลำแสงรูปวงแหวนซ้อนกันล้อมรอบหลุมดำ มีจำนวนเป็นอนันต์

  • 26 มีนาคม 2020
ภาพจำลองลักษณะของภาพถ่ายหลุมดำในอนาคต ซึ่งจะเห็นลำแสงรูปวงแหวนได้ชัดเจนขึ้น Image copyright HSCA
คำบรรยายภาพ ภาพจำลองลักษณะของภาพถ่ายหลุมดำในอนาคต ซึ่งจะเห็นลำแสงรูปวงแหวนได้ชัดเจนขึ้น

หลังจากที่เครือข่ายกล้องโทรทรรศน์ EHT สามารถจับภาพของหลุมดำ M87* ซึ่งเป็นหลักฐานยืนยันการมีอยู่ของหลุมดำภาพแรกของโลกได้เมื่อปีที่แล้ว บรรดานักดาราศาสตร์ไม่ได้หยุดอยู่แค่นั้น แต่ยังคงเดินหน้าวิเคราะห์ข้อมูลที่ได้จากภาพถ่ายดังกล่าวต่อไปอีก

ล่าสุดทีมนักวิจัยจากศูนย์ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ ฮาร์วาร์ด-สมิธโซเนียน (HSCA) ของสหรัฐฯ ได้พบสัญญาณจากภาพถ่ายดังกล่าวที่บ่งชี้ว่า หลุมดำมีลำแสงรูปวงแหวนที่เล็กละเอียดมากล้อมรอบอยู่ โดยวงแหวนนี้ซ้อนกันเป็นชั้น ๆ และมีจำนวนมากเป็นอนันต์

ปัจจุบันเรายังไม่สามารถมองเห็นวงแหวนของแสงในภาพถ่ายหลุมดำที่มีอยู่ได้ เนื่องจากภาพยังไม่มีความคมชัดมากพอ แต่การคำนวณและใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์ของ HSCA ทำให้ทำนายได้ว่า หลุมดำทั่วไปในธรรมชาติจะมีวงแหวนนี้อยู่ ซึ่งความรู้ดังกล่าวจะนำไปสู่แนวทางการพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อถ่ายภาพหลุมดำให้ได้ชัดเจน และมีคุณภาพละเอียดขึ้นในอนาคต

Image copyright NSF / NICOLLE R. FULLER
คำบรรยายภาพ ภาพจากฝีมือศิลปินแสดงให้เห็นอนุภาคของแสงหรือโฟตอนวิ่งวนรอบหลุมดำ

ดร. ไมเคิล จอห์นสัน ผู้นำทีมวิจัยของ HSCA บอกว่า "ภาพของหลุมดำที่ถ่ายได้ล่าสุดนั้น แท้ที่จริงภายในส่วนจานพอกพูนมวล (accretion disk) ที่เราเห็นเป็นวงแสงพร่ามัวสีส้ม มีส่วนขอบด้านในซึ่งเป็นที่อยู่ของโฟตอนหรืออนุภาคของแสงที่เรียกว่าโฟตอนสเฟียร์ (photon sphere) รวมอยู่ด้วย"

"โฟตอนที่เดินทางมาจากทั่วทุกมุมของจักรวาล หากเฉียดเข้าใกล้หลุมดำในระยะพอเหมาะไม่ประชิดเกินไป จะถูกแรงโน้มถ่วงมหาศาลเบี่ยงทิศทางให้วิ่งวนรอบหลุมดำก่อนจะถูกเหวี่ยงออก หรือเข้าไปวิ่งวนอยู่ในโฟตอนสเฟียร์ ซึ่งเป็นส่วนชั้นในสุดก่อนจะถึงขอบฟ้าเหตุการณ์ ทำให้อนุภาคของแสงในบริเวณนี้ไม่ถูกดูดตกลงไปในหลุมดำ"

"การที่อนุภาคของแสงวิ่งวนรอบหลุมดำอยู่ในโฟตอนสเฟียร์ได้โดยมีความเสถียร ทำให้เกิดลำแสงรูปวงแหวนที่บางละเอียดซ้อนกันเป็นจำนวนนับไม่ถ้วน ซึ่งหากเรามองเห็นได้ ก็จะเหมือนการมองด้วยกระจกภาพอนันต์"

"วงแหวนของแสงแต่ละชั้นมีขนาดและเส้นผ่านศูนย์กลางแทบจะไม่ต่างกัน แต่วงแหวนรอบนอกจะมีความคมชัดเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ เพราะโฟตอนโคจรวนรอบหลุมดำมามากครั้งกว่า ก่อนจะเดินทางมาถึงผู้สังเกตการณ์"

Image copyright EHT Collaboration
คำบรรยายภาพ ภาพถ่ายหลุมดำภาพแรกของโลก ยังมีความคมชัดไม่มากนัก

ทีมผู้วิจัยยังระบุว่า หากสามารถถ่ายภาพและวัดขนาดของลำแสงรูปวงแหวนนี้ได้ ก็จะทำให้ทราบถึงข้อมูลต่าง ๆ ของหลุมดำอย่างเช่นมวล ขนาด อัตราเร็ว และทิศทางการหมุนได้ถูกต้องแม่นยำยิ่งขึ้นอีกด้วย

"ข้อมูลจากภาพถ่ายหลุมดำในปัจจุบันมีสัญญาณที่บ่งชี้ว่า เราสามารถจะถ่ายภาพวงแหวนนี้ได้ โดยใช้หลักการของมาตรวัดการแทรกสอด (interferometer) ซึ่งในอนาคตน่าจะทำได้ด้วยการเพิ่มกล้องโทรทรรศน์ในเครือข่าย EHT เข้าไปอีกสักตัว" ดร. จอห์นสันกล่าว

อ่านข่าวนี้เพิ่มเติม