ประชาสัมพันธ์ วิทยาศาสตร์-เทคโนโลยี-วิจัย-นวัตกรรม

ภาพแรกของหลุมดำ Sgr A* ณ ใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือก

May 14, 2022May 14, 2022 แอดมิน 0 Comments

เผย “ภาพแรกของหลุมดำใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือก” ชื่อ แซจิแทเรียส เอ สตาร์ ผลงานของเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุอีเวนต์ ฮอไรซัน หลักฐานสำคัญที่ยืนยันว่ามีหลุมดำมวลยิ่งยวดอยู่บริเวณใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือก ช่วยให้นักดาราศาสตร์เข้าใจเกี่ยวกับหลุมดำมวลยิ่งยวดมากขึ้น สอดคล้องกับทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์

ภาพนี้ คือภาพแรกของหลุมดำ “Sagittarius A*” (แซจิแทเรียส เอ สตาร์) หรือเอสจีอาร์ เอ สตาร์ (Sgr A*) ซึ่งเป็นหลุมดำมวลยิ่งยวด ณ ใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือก ได้มาจากการเชื่อมต่อข้อมูลจากหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์วิทยุกว่า 8 แห่งทั่วโลกภายใต้เครือข่ายของ EHT เข้าด้วยกันเพื่อประกอบกันเป็นกล้องโทรทรรศน์เสมือนมีขนาดเท่าโลก เปิดเผยให้เห็นถึงโครงสร้างของแก๊สร้อนที่โคจรด้วยความเร็วเกือบเท่าแสง วนรอบหลุมดำที่มีแรงโน้มถ่วงมหาศาลมาก จนแสงก็ไม่สามารถหลุดรอดออกมาได้ ปรากฏเป็นโครงสร้างวงแหวนสว่างล้อมรอบ “เงา” มืดของหลุมดำ (ภาพโดย EHT Collaboration)

เมื่อวันที่ 12 พฤษภาคม พ.ศ. 2565 เวลา 20:07 น. (ตามเวลาในประเทศไทย) ทีมนักดาราศาสตร์เปิดเผย “ภาพแรกของหลุมดำ ณ ใจกลางทางช้างเผือก ชื่อ แซจิแทเรียส เอ สตาร์ (Sagittarius A*) หรือเอสจีอาร์ เอ สตาร์ (Sgr A*) โดยใช้เครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุอีเวนต์ ฮอไรซัน (Event Horizon Telescope:EHT) นับเป็นครั้งแรกที่สามารถบันทึกภาพหลุมดำมวลยิ่งยวด ณ ใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือก และเป็นหลักฐานสำคัญที่สุดที่ยืนยันว่ามีหลุมดำมวลยิ่งยวดอยู่บริเวณใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือก การค้นพบครั้งนี้ช่วยให้นักดาราศาสตร์เข้าใจเกี่ยวกับหลุมดำมวลยิ่งยวดมากขึ้น และผลลัพธ์ที่ได้ตรงกับที่ทำนายเอาไว้โดยทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์

“หลุมดำ” เป็นวัตถุปริศนาที่มีแรงโน้มถ่วงสูงมาก แม้กระทั่งแสงก็ไม่สามารถหนีออกมาจากแรงโน้มถ่วงของหลุมดำได้ ถึงแม้ว่าเราจะไม่สามารถสังเกตเห็นหลุมดำได้โดยตรง แต่เราก็สามารถสังเกตเห็นแก๊สร้อนที่สว่าง ในขณะที่พวกมันกำลังค่อยๆ ตกลงสู่หลุมดำได้ ปรากฏเป็น “วงแหวน” สว่างล้อมรอบ “เงา” สีดำ ซึ่งเป็นบริเวณอันมืดมิดที่รายล้อม “ขอบฟ้าเหตุการณ์” ของหลุมดำ ทำให้แสงไม่สามารถเดินทางออกมาได้

สาเหตุหนึ่งที่ทำให้การสังเกตการณ์ Sgr A* เป็นไปได้ยากมาก เนื่องจากขนาดที่อัดแน่น และระยะห่างที่ไกลออกไปของหลุมดำนี้ แม้ว่า Sgr A* จะมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ถึง 4 ล้านเท่า แต่มีขนาดใหญ่กว่าดวงอาทิตย์เพียงแค่ 31 เท่า เทียบกันแล้วหลุมดำขนาดยักษ์นี้มีขนาดเล็กกว่าวงโคจรของดาวพุธรอบดวงอาทิตย์เท่านั้นเอง และหากเปรียบเทียบระยะทางที่อยู่ห่างออกไปถึง 27,000 ปีแสง ณ ใจกลางกาแล็กซีแล้ว การสังเกตการณ์หลุมดำนี้เปรียบได้กับการพยายามถ่ายภาพโดนัท ที่วางอยู่บนพื้นผิวของดวงจันทร์ที่ห่างออกไปเกือบสี่แสนกิโลเมตร จำเป็นต้องอาศัยกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ และมีกำลังในการแยกภาพที่มากเกินกว่าที่กล้องโทรทรรศน์ใดๆ ในโลกเพียงกล้องเดียวจะสามารถทำได้

การบันทึกภาพประวัติศาสตร์ภาพนี้ จึงจำเป็นต้องอาศัยกล้องโทรทรรศน์ที่มีขนาดใหญ่กว่ากล้องโทรทรรศน์ที่เราเคยมีทั้งหมดในปัจจุบัน ผ่านการเชื่อมโยงเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์ทั่วโลก ด้วยเทคนิคที่เรียกว่า “อินเทอร์เฟอโรเมทรี” อาศัยกล้องโทรทรรศน์วิทยุจากทั่วทุกมุมโลกทำงานร่วมกันประหนึ่งราวกับเป็นส่วนหนึ่งของจานรับสัญญาณวิทยุขนาดใหญ่ ที่ประกอบขึ้นเป็นกล้องโทรทรรศน์เสมือนที่มีขนาดใหญ่พอๆ กับโลกทั้งใบ เพื่อใช้สังเกตการณ์ในครั้งนี้

เมื่อเทียบกันแล้วหลุมดำยักษ์ในกาแล็กซี M87 หรือ M87* ที่บันทึกภาพได้ในปี ค.ศ. 2019 มีมวลมากกว่า Sgr A* กว่าพันเท่า แม้ว่า Sgr A* จะมีระยะทางที่ใกล้กว่า และมีขนาดปรากฏเชิงมุมที่ใหญ่กว่า แต่ขนาดที่เล็กกว่านับพันเท่านั้นย่อมหมายความว่า แก๊สที่โคจรที่ขอบหลุมดำด้วยความเร็วเข้าใกล้แสงนั้น จะใช้เวลาน้อยมากในการโคจรรอบ Sgr A*

ในขณะที่แก๊สร้อนรอบ M87* ใช้เวลานานนับสัปดาห์ในการโคจรรอบหลุมดำ ภาพที่ได้จาก M87* จึงเปรียบได้กับการถ่ายภาพนิ่งของวัตถุที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลง แต่แก๊สที่โคจรรอบ Sgr A* นั้นใช้เวลาเพียงไม่กี่นาทีในการโคจรไปรอบๆ นั่นหมายความว่าความสว่างของวงแหวนที่วนรอบๆ หลุมดำ ณ ใจกลางกาแล็กซีของเรานั้นมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา หลายชั่วโมงที่ EHT ทำการสังเกต เปรียบได้กับการพยายามบันทึกภาพนิ่งของลูกสุนัขที่กำลังวิ่งไล่กวดหางตัวเองอยู่ นับเป็นความท้าทายที่สำคัญอย่างหนึ่งของโครงการนี้ ภาพของ Sgr A* ที่ได้มาเปรียบได้กับภาพเฉลี่ยที่ได้จากเฟรมต่างๆ ที่สามารถเก็บมาได้ เพื่อแสดงถึงภาพของหลุมดำมวลยิ่งยวด ณ ใจกลางกาแล็กซีของเราที่หลบซ่อนจากการสังเกตการณ์มาตลอด

การค้นพบนี้ไม่เพียงแต่เป็นการเปิดเผยภาพแรกของวัตถุปริศนาที่อยู่ ณ ใจกลางของกาแล็กซีที่เราอาศัยอยู่ แต่การบันทึกภาพของหลุมดำมวลยิ่งยวดหลุมที่สองในประวัติศาสตร์ที่มีมวลแตกต่างจาก M87* เป็นอย่างมาก ยังเป็นเครื่องมือสำคัญที่ช่วยให้นักดาราศาสตร์สามารถทำความเข้าใจเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงและทฤษฎีสัมพัทธภาพที่เป็นกลไกสำคัญ คอยขับเคลื่อนไม่เพียงแต่สิ่งที่เกิดขึ้นในหลุมดำ แต่ยังรวมไปถึงกฎของแรงโน้มถ่วงที่เป็นส่วนหนึ่งของเอกภพที่เราอาศัยอยู่ด้วย ภาพถ่ายของหลุมดำทั้งสองนี้จึงเปรียบได้กับห้องปฏิบัติการอันมหึมา ที่มีแรงโน้มถ่วงจากวัตถุอันมหาศาลกำลังบิดงอกาลอวกาศไปรอบๆ จนทำให้แม้กระทั่งแสงที่เคลื่อนที่เร็วที่สุดในเอกภพ ก็ยังต้องโค้งงอไปตามอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงอันมหาศาลนี้ ซึ่งเป็นไปไม่ได้เลยที่เราจะจำลองสภาวะเหล่านี้ในห้องทดลองบนโลกของเรา

ดร.วิภู รุโจปการ รองผู้อำนวยการสถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ กล่าวว่า ภาพหลุมดำ Sgr A* นี้ ได้มาจากความพยายามของทีมนักวิจัย และทีมวิศวกรที่พัฒนาเทคโนโลยี สร้างเครื่องมือวิทยาศาสตร์มากว่า 5 ปี ด้วยซูเปอร์คอมพิวเตอร์ ผ่านความร่วมมือของนักวิจัยกว่า 300 ชีวิต จาก 80 สถาบันวิทยาศาสตร์ทั่วโลก รวมถึงประเทศไทย โดยสถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน) ในฐานะของหนึ่งในผู้ดำเนินการของเครือข่าย East Asian Observatory (EAO) ที่บริหารกล้องโทรทรรศน์ James Clerk Maxwell (JCMT) ที่ร่วมใช้ในการสังเกตการณ์หลุมดำในครั้งนี้

สำหรับประเทศไทยจะใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุแห่งชาติ ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 40 เมตร ที่ตั้งอยู่ภายในบริเวณศูนย์ศึกษาการพัฒนาห้วยฮ่องไคร้อันเนื่องมาจากพระราชดำริ อ. ดอยสะเก็ด จ. เชียงใหม่เข้าร่วมสังเกตการณ์ในอนาคต และด้วยความสามารถในการผนวกกล้องโทรทรรศน์วิทยุเข้าด้วยกันผ่านเทคนิคอินเทอร์เฟอโรเมทรีที่พัฒนาขึ้นอย่างไม่หยุดยั้ง กล้องโทรทรรศน์วิทยุแห่งชาติของประเทศไทยที่กำลังจะเปิดประจำการในปลายปี 2565 นี้ จะเป็นส่วนหนึ่งของเครือข่ายความร่วมมือนานาชาติ และช่วยเปิดเผยความลับใดของเอกภพให้เราได้ติดตามในอนาคตอันใกล้ที่จะถึงนี้ ดร. วิภู กล่าวปิดท้าย