นักวิทยาศาสตร์เผยความสำเร็จในการบันทึกภาพ “หลุมดำยักษ์”

เมื่อวันที่ 10 เมษายน พ.ศ. 2562 เวลา 20:00 น. หน่วยงานดาราศาสตร์แถลงผลงานวิจัยล่าสุดจากเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์อีเวนต์ฮอไรซัน (Event Horizon Telescope : EHT) สามารถถ่ายภาพหลุมดำได้เป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ นับเป็นความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์อันยิ่งใหญ่อีกครั้งหนึ่งของมวลมนุษยชาติ

“หลุมดำยักษ์ มวลมากกว่าดวงอาทิตย์ 6,500 ล้านเท่า”

งานวิจัยชิ้นนี้ มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาหลุมดำมวลยวดยิ่ง (Supermassive Black Hole) ที่อยู่บริเวณใจกลางกาแล็กซี M87 ซึ่งเป็นกาแล็กซีทรงรีมวลมหาศาล ห่างจากโลกประมาณ 55 ล้านปีแสง อยู่ในบริเวณกลุ่มดาวหญิงสาว

หลุมดำมวลยวดยิ่งแตกต่างจากหลุมดำทั่วไป คือ มวลของหลุมดำประเภทนี้จะอยู่ในระดับล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ และจะพบได้เฉพาะในใจกลางกาแล็กซีเท่านั้น เป็นเสมือนหัวใจหลักของแต่ละกาแล็กซี กาแล็กซี M87 ก็มีหลุมดำยักษ์อยู่ที่ใจกลางกาแล็กซีเช่นกัน ที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์ทราบเพียงว่า หลุมดำนี้ปลดปล่อยลำอนุภาคพลังงานสูงออกมา แต่ยังไม่เคยมีใครสามารถถ่ายภาพหลุมดำนี้ได้โดยตรง

“เงาของหลุมดำยักษ์ท่ามกลางพลาสมาพลังงานสูง”

ภาพจากเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์อีเวนต์ฮอไรซัน เผยให้เห็นสภาพแวดล้อมรอบ ๆ หลุมดำ มวลสารกำลังถูกดึงดูดเข้าสู่ใจกลาง เสียดสีกันจนมีพลังงานสูงและเปล่งแสงสว่างออกมา เกิดเป็นจานพลาสมาหมุนวนรอบหลุมดำ และที่ใจกลางจานพลาสมามีหลุมดำมวลยวดยิ่ง ทำให้แสงไม่สามารถเดินทางออกมาได้ เกิดเป็นบริเวณเงามืดใหญ่ขนาดประมาณ 40,000 ล้านกิโลเมตร

อย่างไรก็ตาม เงามืดที่เกิดขึ้นนี้ยังไม่ใช่บริเวณที่เรียกว่า “ขอบฟ้าเหตุการณ์ (event horizon)” กล่าวคือ ยังไม่ใช่ขนาดที่แท้จริงของหลุมดำ แต่เป็นผลที่เกิดจากความโน้มถ่วงมหาศาล บิดโค้งกาลอวกาศรอบ ๆ หลุมดำ ทำให้ขอบฟ้าเหตุการณ์บิดเบี้ยวไป เกิดเป็นเงามืดที่มีขนาดใหญ่กว่าขอบฟ้าเหตุการณ์ที่ควรจะเป็นถึง 2.5 เท่า

“คุณสามารถอ่านหนังสือพิมพ์ในนิวยอร์คได้จากร้านกาแฟในปารีส”

กล้องโทรทรรศน์อีเวนต์ฮอไรซัน (Event Horizon Telescope: EHT) เป็นเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุความถี่สูง ช่วง 230-450 GHz จากหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์วิทยุ 8 แห่งทั่วโลก ทำงานร่วมกัน เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการรับสัญญานและกำลังแยกภาพ ใช้เทคนิคการแทรกสอดระยะไกล (Very Long Baseline Interferometer : VLBI) เมื่อสังเกตการณ์ร่วมกัน จะเสมือนว่ามีกล้องโทรทรรศน์วิทยุที่มีขนาดหน้าจานเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของโลก การใช้เทคนิคการแทรกสอดระยะไกล หรือวีแอลบีไอในครั้งนี้ สังเกตการณ์ ณ ช่วงความถี่ 230 GHz เทียบเท่าความยาวคลื่น 1.3 มิลลิเมตร ทำให้ได้ภาพที่มีความละเอียดเชิงมุมระดับ 20 ไมโครอาร์คเซค เปรียบเสมือนมีความละเอียดเพียงพอที่จะอ่านหนังสือพิมพ์ในนิวยอร์คได้จากร้านกาแฟในปารีส ที่ระยะห่างกว่า 6,000 กิโลเมตร

กล้องโทรทรรศน์วิทยุความถี่สูงของหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์วิทยุ 8 แห่ง ที่ร่วมเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์อีเวนต์ฮอไรซัน ได้แก่ 1) Arizona Radio Observatory/Submillimeter-wave Astronomy – ARO/SMT) สหรัฐอเมริกา 2) Atacama Pathfinder EXperiment – APEX ชิลี 3) IRAM 30-meter telescope สเปน 4) James Clerk Maxwell Telescope – JCMT รัฐฮาวาย สหรัฐอเมริกา 5) The Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano – LMT เม็กซิโก 6) The Submillimeter Array –MA รัฐฮาวาย สหรัฐอเมริกา 7) Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array – ALMA ชิลี 8) South Pole Telescope –SPT ณ ขั้วโลกใต้ ทวีปแอนตาร์กติกา ข้อมูลมหาศาลทั้งหมดจากการสังเกตการณ์ครั้งนี้ ประมาณ 1 ล้าน กิกะไบต์ ถูกนำมาประมวลผลด้วยซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่สถาบันดาราศาสตร์วิทยุมักซ์พลังค์ เยอรมนี และ สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ สหรัฐอเมริกา

“ดาราศาสตร์ งานวิจัยที่ไร้พรมแดน”

ลำพังงบประมาณจากประเทศเดียว ไม่เพียงพอต่องานวิจัยชิ้นนี้ ความสำเร็จครั้งนี้เกิดจากความร่วมมือของนักวิจัยกว่า 200 ชีวิต จากหน่วยงานดาราศาสตร์ 13 แห่งทั่วโลก เพื่อหวังจะให้เกิดการพัฒนาเทคโนโลยีและนวัตกรรมที่สูงที่สุดในการวิจัยด้านดาราศาสตร์วิทยุ การแถลงข่าวในครั้งนี้นับเป็นหนึ่งในจุดสูงสุดของการร่วมมือดังกล่าว ไม่เพียงแต่เพื่อพิสูจน์ข้อเท็จจริงจากทฤษฎีของไอน์สไตน์เท่านั้น แต่ยังเป็นการพัฒนาขีดความสามารถเทคโนโลยีระดับโลกให้ก้าวหน้าอยู่เสมอ