นักวิทยาศาสตร์ถ่ายภาพหลุมดำมวลยิ่งยวด ณ ใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือกของเราได้ยังไง? ความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่นี้คือความก้าวหน้าครั้งยิ่งใหญ่ของวงการดาราศาสตร์ทั่วโลก
เมื่อวันที่ 12 พฤษภาคม ปี 2022 (หรือปีที่แล้ว) ทีมงานกล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์ (ETH) ได้เปิดเผยรูปภาพหลุมดำรูปแรกของดาราจักรที่เราอยู่ ซึ่งชื่อว่า Sagittarius A* แม้แต่คนที่ไม่ได้ติดตามวงการวิทยาศาสตร์ก็ยังตื่นเต้น
แต่เราเคยได้ยินว่าแม้แต่แสงก็หนีจากหลุมดำไม่พ้น แล้วพวกเขาถ่ายรูปมาได้ยังไงกัน? แน่นอนว่าแรงโน้มถ่วงของหลุมดำนั้นรุนแรงที่สุดในจักรวาล มันดูดกลืนทุกอย่างแม้แต่แสงเอง และตัวมันเองก็มืดสนิท แต่นักดาราศาสตร์รู้ว่ามันมีอยู่จริง ก็เหมือนกับสายลม เรามองไม่เห็น แต่เราสังเกตมันทางอ้อมได้จากใบไม้ที่ขยับ หลุมดำก็เช่นกัน
นักวิทยาศาสตร์เห็นกาลอวกาศที่บิดเบี้ยว ซึ่งทำให้สสารรอบตัวมันวิ่งวนหลุมดำด้วยความเร็วสูง สร้างการเรืองแสงขึ้น มันคือใบไม้ที่ถูกลมพัดปลิว และใจกลางทางช้างเผือกของเรานั้นมีสสารให้กินมากซะด้วย ซึ่งสามารถสังเกตได้จากวงโคจรแปลก ๆ ของดาวฤกษ์ที่อยู่แถวนั้น
เพื่อมองเข้าไปในความมืด นักวิทยาศาสตร์จึงใช้วิธีเดียวกับที่ถ่ายภาพ M87 ด้วยกล้องโทรทรรศน์วิทยุของฟ้าเหตุการณ์ (ETH) 8 ตัวจากทั้งหมด 11 ตัวตั้งแต่แอริโซนาถึงขั้วโลกใต้ และสเปนถึงฮาวาย ซึ่งใช้เทคนิคที่เรียกว่า ‘อินเตอร์เฟอโรเมทรี’ (interferometry) กล่าวง่าย ๆ มันคือการรวมแสงจากหลายแห่งและสร้างเป็นภาพปะติดปะต่อกัน
เครือข่าย ETH ที่ตั้งอยู่ทั่วโลก คอยตรวจจับแสงวัตถุที่เมื่อเทียบกับขนาดท้องฟ้าแล้ว มันจะมีขนาดเท่าโดนัทที่วางอยู่บนพื้นผิวดวงจันทร์ ซึ่งเป็นงานที่ท้าทายและยากยิ่งกว่าการจับภาพ M87 ที่อยู่ไกลกว่า หลัก ๆ เพราะต้องมองผ่านระบบดวงดาวมากมายฝ่าเข้าไปยังใจกลางกาแล็กซี สิ่งเหล่านี้สร้างการรบกวนอย่างมาก
ดร. Ziri Younsi จาก University College London ผู้เป็นหัวหน้าร่วมของคณะทำงานฟิสิกส์พื้นฐานเกี่ยวกับ EHTเปรียบเทียบเอาไว้ว่าการพยายามดู Sgr A* ก็เหมือนกับการยืนอยู่ในสวนท่ามกลางพายุฝนจากนั้นก็มองเข้าไปที่หน้าต่างของบ้านเพื่อมองหาน้องหมาที่กำลังวิ่งไล่งับหางของตัวเองอยู่
“เมื่อเทียบกันแล้ว M87 ก็เหมือนลูกสุนัขที่กำลังงีบหลับบนลานที่มีแสงแดดส่องถึง”
ดร. Ziri Younsi กล่าว
หลังจากเริ่มถ่ายภาพในเดือนเมษายน 2017 ผ่านไป 5 ปี พวกเขาก็ได้ภาพจากการแยกแยะแสงของหลุมดำออกจากการรบกวนมากมาย แต่ภาพในตอนแรกก็ไม่ได้ชัดอย่างที่เราเห็น (แม้คนทั่วไปจะเห็นว่ามันเบลอ แต่สำหรับนักวิทยาศาสตร์ถือว่าชัดเจน) ข้อมูลกว่า 3.5 เพตะไบต์ (PB) หรือประมาณ DVD 750,000 แผ่น
หลังจาก อัลกอริทึมบนคอมพิวเตอร์ค่อย ๆ จับเรียบต่อกันทีละข้อมูลเพื่อสร้างภาพจนแล้วเสร็จ ในที่สุดพวกเขาก็พบวงแหวน สร้างเป็นภาพแรกของหลุมดำมวลยิ่งยวด ณ ใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา ภาพแสดงให้เห็นว่ามันมีลักษณะคล้าย M87 อย่างมาก
นั่นหมายความว่าหลุมดำเป็นไปตามที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ทำนายไว้เมื่อ 100 ปีที่แล้วอย่างแม่นยำ นักวิทยาศาสตร์วัดขนาดของขอบฟ้าเหตุการณ์ตามที่แรงโน้มถ่วงจากไอน์สไตน์บอกไว้ได้อย่างพอดิบพอดี ยังไงก็ตาม มีคำถามที่ต้องหากันต่อไป
ในอวกาศจริง Sagittarius A* นั้นเอียงตะแคงข้าง (ในรูปปรับให้ตรง) และมันก็หมุนทวนเข็มนาฬิกาด้วย รวมถึงไปทิศทางของไอพ่นเจ็ตอยู่ตรงไหนและกลุ่มปมสว่างที่กระจายอยู่รอบแหวนคืออะไร ต้องใช้ความพยายามในระบุถืงคำตอบ
ภาพแรกนี้เป็นเพียงจุดเริ่มต้นเท่านั้น นักวิทยศาสตร์กำลังดำเนินโครงการขยายความถี่คลื่นวิทยุซึ่งจะบันทึกชีวิตของหลุมดำ Sagittarius A* ต่อไปถึงปี 2030 คล้ายกับบึนทึกวิดีโอ เพื่อดูว่ามันจะเป็นยังไงต่อไป
“พวกมันคือฐานหิน สมอแรงโน้มถ่วงที่ยึดทุกสิ่งไว้ด้วยกัน ดังนั้นมันจึงน่าทึ่งมากที่ตอนนี้เราสามารถมองเห็นพวกมันได้แล้ว” ดร. Younsi กล่าว
ข้อมูลจาก
- BBC Sky at Night : How astronomers photographed the Milky Way’s central black hole
- Astronomy Magazine : How we captured the first image of the supermassive black hole at the center of the Milky Way
- Event Horizon Telescope : Astronomers Reveal First Image of the Black Hole at the Heart of Our Galaxy
- Scientific American : The First Milky Way Black Hole Image Lets Scientists Test Physics
