โครงสร้างรอบหลุมดำบริเวณใจกลางของ M87
เมื่อสองปีที่แล้ว ทีมงาน Event Horizon Telescope (EHT) ได้เปิดเผยภาพถ่ายของหลุมดำมวลยิ่งยวด ณ ใจกลางของกาแล็กซี M87 เป็นครั้งแรก ซึ่งนับเป็นครั้งแรกที่เราสามารถทำการสังเกตการณ์มวลสารที่อยู่ในจานพอกพูนมวลรอบหลุมดำได้ (สามารถอ่านเพิ่มเติมได้ที่ [3])
อย่างไรก็ตาม ภาพของจานพอกพูนมวลรอบหลุมดำ ไม่ได้บอกเรื่องราวทั้งหมดเกี่ยวกับหลุมดำ และแท้จริงแล้วหลุมดำนั้นมีโครงสร้างที่กว้างใหญ่กว่านั้น นอกเหนือไปจากจานพอกพูนมวลไปอีกมาก
วันที่ 14 เมษายน 2021 ที่ผ่านมานี้ ทีมงาน EHT ได้ร่วมมือกับหอสังเกตการณ์ทั้งบนโลกและในอวกาศถึงกว่า 19 แห่ง และได้นำข้อมูลต่างๆ มารวมกัน เพื่อให้ได้ภาพที่ชัดเจนยิ่งขึ้นเกี่ยวกับหลุมดำที่อยู่ ณ ใจกลางของกาแล็กซี M87 นี้ พร้อมทั้งภาพที่บันทึกได้ในช่วงความยาวคลื่นอื่นๆ ที่สามารถบอกให้เราทราบเกี่ยวกับหลุมดำได้ดียิ่งขึ้นไปอีก
หลุมดำ ณ ใจกลางกาแล็กซี M87 นี้ นับเป็นหลุมดำมวลยิ่งยวด ที่มีมวลมากที่สุดหลุมหนึ่งในเอกภพ โดยมีมวลถึงกว่า หกพันห้าร้อยล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ และอยู่ในใจกลางของกาแล็กซี M87 ที่ห่างออกไป 55 ล้านปีแสง
หลุมดำมวลยิ่งยวดเช่นนี้ จะมีมวลสารของดาวฤกษ์ที่บังเอิญโคจรเข้าไปใกล้เกินไป และถูกฉีกออกเป็นชิ้นๆ โดยแรงไทดัลอันมหาศาล ถูกเหวี่ยงออกไปรอบๆ กลายเป็นแก๊สร้อนที่หมุนวนไปรอบๆ หลุมดำ (คล้ายกับน้ำวนในอ่างอาบน้ำที่ถูกเปิดก๊อกออก) ในลักษณะที่เราเรียกว่าจานพอกพูนมวล (accretion disk) บริเวณของแก๊สร้อนในจานพอกพูนมวลนี้เอง ที่เป็นโครงสร้างที่ใกล้ชิดที่สุดของหลุมดำ ที่เราจะสามารถสังเกตเห็นได้ (ภาพคล้าย "โดนัท" สีส้ม ภาพล่างซ้าย)
แต่ในขณะที่มวลสารกำลังถูกเหวี่ยงและดูดเข้าสู่แรงโน้มถ่วงอันมหาศาลของหลุมดำ ก่อนที่จะตกลงสู่ขอบฟ้าเหตุการณ์ (Event Horizon) มวลสารบางส่วนจะถูก "ดีด" ออก และพุ่งออกไปบริเวณขั้วในการหมุนของจานพอกพูนมวล แก๊สที่พุ่งออกมาในลักษณะคล้ายกับ "เจ็ท" (Astrophysical Jet) นี้นั้น อาจจะประกอบไปด้วยไอออนที่มีประจุ และพุ่งออกมาด้วยความเร็วเข้าใกล้แสง และสามารถพุ่งออกไปเป็นระยะทางหลายพัน แสน หรือถึงล้านพาร์เซค ซึ่งทำให้เจ็ทที่ออกมาจากหลุมดำเหล่านี้นั้น สามารถมีขนาดใหญ่กว่ากาแล็กซีทั้งกาแล็กซีได้เลยทีเดียว
นอกไปจากนี้ พลังงานอันมหาศาลของอนุภาคในเจ็ทเหล่านี้นั้น สามารถเปล่งแสงออกมาในช่วงคลื่นวิทยุ ไปจนถึงรังสีแกมม่า
ซึ่งในภาพที่แนบมานี้ แสดงให้เห็นถึงโครงสร้างต่างๆ ของเจ็ท ในช่วงความยาวคลื่นวิทยุ (ซ้าย) คลื่นยูวี (กลาง) และรังสีพลังงานสูง เช่น รังสีเอ็กซ์ ไปจนถึงแกมมา (ขวา) ที่ประกอบขึ้นเป็นโครงสร้างขนาดใหญ่ที่ล้อมรอบหลุมดำมวลยิ่งยวดนี้อยู่ ซึ่งทั้งหมดนี้ เราสามารถไปดูในลักษณะของวีดีโอ แสดงเปรียบเทียบขนาดโดยการ "ซูมออก" จากหลุมดำ M87 ได้ที่ [4]
นอกไปจากนี้หลุมดำมวลยิ่งยวดเช่นนี้ อาจจะเป็นแหล่งกำเนิดที่สำคัญของรังสีคอสมิคพลังงานสูง ที่เต็มไปทั่วเอกภพ และกระทบเข้ากับโลกของเราอยู่ตลอดเวลา การศึกษาหลุมดำ M87 ในลักษณะนี้จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถตอบได้ว่าหลุมดำมวลยิ่งยวดเป็นแหล่งกำเนิดที่สำคัญเพียงใดต่อรังสีคอสมิค
นอกจากหลุมดำจะเป็นสิ่งที่น่าพิศวงของธรรมชาติแล้ว แรงโน้มถ่วงอันมหาศาลของมันยังเปรียบได้กับห้องปฏิบัติการชั้นดีที่เราจะสามารถทดสอบความเข้าใจในทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอสไตน์ได้ การสังเกตการณ์ในลักษณะเช่นนี้ของทีมงาน EHT จะช่วยให้เราสามารถยืนยันความเข้าใจทางทฤษฎีของเราเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วง และสามารถเปรียบเทียบกับสิ่งที่สามารถสังเกตได้จริง ที่กำลังเกิดขึ้น ณ วัตถุที่มีแรงโน้มถ่วงมากที่สุดแหล่งหนึ่งในเอกภพที่สามารถเป็นไปได้ และความเข้าใจนี้เองที่จะเป็นอีกก้าวหนึ่งที่จะนำเราให้เข้าใกล้สู่ความเข้าใจในกฎที่แท้จริงของธรรมชาติอีกก้าวหนึ่ง
ภาพ: The EHT Multi-wavelength Science Working Group; the EHT Collaboration; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); the EVN; the EAVN Collaboration; VLBA (NRAO); the GMVA; the Hubble Space Telescope; the Neil Gehrels Swift Observatory; the Chandra X-ray Observatory; the Nuclear Spectroscopic Telescope Array; the Fermi-LAT Collaboration; the H.E.S.S collaboration; the MAGIC collaboration; the VERITAS collaboration; NASA and ESA. Composition by J. C. Algaba
อ้างอิง/อ่านเพิ่มเติม:
[1] https://eventhorizontelescope.org/blog/telescopes-unite-unprecedented-observations-famous-black-hole
[2] https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/abef71
[3] https://www.facebook.com/matiponblog/photos/977309255812614
[4] https://www.youtube.com/watch?v=q2u4eK-ph40
