05
Sep
2022

พบกับทีมระดับโลกที่จับภาพแรกของหลุมดำ

ไม่เคยมีนักวิทยาศาสตร์มาก่อนเห็นปรากฏการณ์นี้จนกว่าพวกเขาจะรวบรวมเพื่อนร่วมงานทั่วโลกเพื่อดูกาแลคซีที่อยู่ห่างไกลออกไป

ในบางครั้ง ภาพใหม่ของอวกาศจะเปลี่ยนความเข้าใจของเราเกี่ยวกับจักรวาลและสถานที่ของเราในนั้น หนึ่งร้อยปีที่แล้ว นักดาราศาสตร์จับแสงของดวงดาวที่อยู่ด้านหลังดวงอาทิตย์ในช่วงสุริยุปราคาเต็มดวง ซึ่งพิสูจน์ว่าดวงอาทิตย์ได้หักเหแสงดาวและยืนยันทฤษฎีแรงโน้มถ่วงใหม่ของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ในปีพ.ศ. 2466 เอ็ดวิน ฮับเบิล จับภาพดาวฤกษ์ดวงหนึ่งภายในดาราจักรแอนโดรเมดาบนจานภาพถ่ายที่เป็นแก้ว ซึ่งเผยให้เห็นกาแล็กซีที่อยู่นอกเหนือทางช้างเผือกของเราเป็นครั้งแรก ในช่วงทศวรรษ 1960 นักดาราศาสตร์ในรัฐนิวเจอร์ซีย์ตรวจพบการแผ่รังสีจากบิ๊กแบง ซึ่งปัจจุบันเรียกว่าพื้นหลังไมโครเวฟคอสมิก ซึ่งทำเครื่องหมายที่ขอบของเอกภพที่สังเกตได้ แม้ว่าพวกเขาจะไม่รู้ว่าตอนแรกเห็นอะไร

เมื่อเดือนเมษายนที่ผ่านมา รูปภาพของหลุมดำที่จับภาพโดยเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์ทั่วโลก ได้เปลี่ยนการรับรู้ของเราเกี่ยวกับจักรวาลอีกครั้ง ภาพดังกล่าวปรากฏในหนังสือพิมพ์รายใหญ่ทั่วโลก: วงแหวนก๊าซที่มีความร้อนสูงยิ่งยวดซึ่งอยู่ห่างออกไป 55 ล้านปีแสง ประมาณความกว้างของระบบสุริยะของเรา หมุนวนเป็นก้นบึ้งที่มีมวล 6.5 พันล้านดวงอาทิตย์ที่ใจกลางดาราจักรขนาดยักษ์ Messier 87 (M87). ภาพดังกล่าวตรวจสอบฟิสิกส์ของไอน์สไตน์อีกครั้ง แต่ยังให้เหลือบของสิ่งที่อาจอยู่นอกจักรวาลที่เรารู้จัก ภาพซ้อนของความมืดที่บังแสงเป็นเงาเป็นผลจากการทำงานหลายทศวรรษโดยนักวิทยาศาสตร์มากกว่า 200 คนทั่วโลก และประสานงานโดยศูนย์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ฮาร์วาร์ด-สมิธโซเนียน

นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Karl Schwarzschild ทำนายการมีอยู่ของหลุมดำเป็นครั้งแรกในปี 1915 เขาใช้สมการของไอน์สไตน์ที่อธิบายทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปซึ่งตีพิมพ์เมื่อไม่กี่เดือนก่อนเพื่อแนะนำว่าดาวที่อยู่เหนือความหนาแน่นระดับหนึ่งจะยุบตัวลงสู่จุดที่มีความหนาแน่นอนันต์และมีขนาดเล็ก ปริมาณ. นั่นเป็นความคิดที่เหลือเชื่อที่ไอน์สไตน์เองก็สงสัย Einstein พยายามในภายหลังเพื่อพิสูจน์ว่าสิ่งที่เรียกว่า “ภาวะเอกฐานของ Schwarzschild” ไม่มีอยู่ในธรรมชาติ แต่ภายในช่วงปลายทศวรรษที่ 1930 ดูเหมือนจะไม่น่าเชื่อถือนัก Robert Oppenheimer และนักศึกษาของเขาที่ University of California, Berkeley สรุปว่าดาวมวลสูงสามารถยุบตัวลงสู่จุดที่มีความหนาแน่นที่ผ่านไม่ได้

รอบๆ หลุมดำเหล่านี้ ซึ่งเป็นคำที่นักฟิสิกส์ชาวอเมริกันชื่อ John Wheeler นิยมใช้ในช่วงทศวรรษ 1960 กาลอวกาศอย่างที่เราทราบดีว่ามันพังทลายลง หลุมดำกลืนสสารจากดาราจักรของมัน และเส้นขอบที่เรียกว่าขอบฟ้าเหตุการณ์เป็นจุดที่จะไม่หวนกลับ โฟตอนวิ่งรอบขอบฟ้านี้ ติดอยู่ในวงโคจรที่เรามองไม่เห็นเพราะแสงไม่เคยมาถึงเรา นอกขอบฟ้าเหตุการณ์ ฝุ่นและก๊าซหมุนวนก่อตัวเป็นจานของวัสดุ ซึ่งได้รับความร้อนจากการเสียดสีเป็นพันล้านองศา

แม้ว่าดิสก์นี้จะสว่างกว่าวัตถุอื่นๆ ในจักรวาล แต่ก็ยากที่จะจับภาพ แม้จะมีความสว่าง หลุมดำที่ใหญ่ที่สุดก็ยังเล็กบนท้องฟ้าเพราะอยู่ไกลมาก จากจุดชมวิวของโลก หลุมดำของ M87 นั้นเล็กกว่าขอบเล็กน้อยในลอสแองเจลิสเมื่อมองจากบอสตัน การถ่ายภาพที่มีขนาดเล็กมากจำเป็นต้องถ่ายภาพที่มีความละเอียดสูงมาก

ไม่มีกล้องโทรทรรศน์ตัวใดทำสำเร็จได้ ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงเชื่อมโยงหอสังเกตการณ์วิทยุในฮาวาย แอริโซนา เม็กซิโก ชิลี สเปน และแอนตาร์กติกา ด้วยวิธีนี้ กล้องโทรทรรศน์หลายตัวจึงสามารถเก็บ M87 ไว้ในสายตาได้เสมอ เมื่อกาแล็กซีตั้งขึ้นเหนือขอบฟ้าสำหรับกล้องโทรทรรศน์ตัวหนึ่ง คนอื่น ๆ ในส่วนที่ห่างไกลของโลกได้หยิบมันขึ้นมาแล้ว กล้องโทรทรรศน์ทั้งแปดตัวสร้างข้อมูลที่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์สามารถต่อเข้าด้วยกันได้ในภายหลัง

เทคนิคนี้จำเป็นต้องมีการซิงโครไนซ์ที่แม่นยำ เพื่อทำให้จุดข้อมูลทั้งหมดอยู่ในแนวเดียวกันอย่างสมบูรณ์ นาฬิกาอะตอม—ซึ่งใช้เลเซอร์ไมโครเวฟไฮโดรเจนเพื่อจับเวลา—ถูกติดตั้งไว้ในแต่ละตำแหน่ง นาฬิกาดังกล่าวมีความแม่นยำมากจนไม่เบี่ยงเบนไปสักวินาทีในสิบล้านปี

ครั้งแรกที่นักดาราศาสตร์ได้ลองใช้เทคนิคนี้ด้วยความไวสูงพอที่จะวัดหลุมดำได้ ในปี 2549 ทีมงาน “ล้มเหลวอย่างน่าสังเวช” ตามที่ Shep Doeleman นักดาราศาสตร์ที่ MIT และขณะนี้อยู่ที่ Smithsonian Astrophysical Observatory “มันเป็นการค้นหาที่ไร้ผล” เขากล่าว หอสังเกตการณ์ที่เชื่อมโยงกันในฮาวายและแอริโซนาไม่พบสิ่งใด

Doeleman และทีมนักวิจัยได้ลองอีกครั้งในปี 2550 โดยเชื่อมโยงหอสังเกตการณ์สามแห่งเพื่อสังเกต Sagittarius A* ซึ่งเป็นหลุมดำที่ใจกลางดาราจักรของเรา ซึ่งมีขนาดเล็กกว่า M87 มาก แต่ก็อยู่ใกล้กว่ามาก คราวนี้ ผ่านหมอกที่บดบังของทางช้างเผือก พวกเขาเห็นการปล่อยคลื่นวิทยุเล็กน้อย

Doeleman กล่าวว่า “เรารู้ทันทีว่าเรามีบางสิ่งที่ใหม่จริงๆ ว่าเราได้วัดขนาดของหลุมดำนี้ในใจกลางกาแลคซีแล้ว” แต่การเปลี่ยนการสังเกตเป็นมากกว่าสัญญาณวิทยุเพียงจุดเดียวจะต้องใช้พลังงานมากขึ้น

ดังนั้น Doeleman จึงก่อตั้งเครือข่ายหอสังเกตการณ์ซึ่งเรียกรวมกันว่ากล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์ (EHT) ในปี 2011 Atacama Large Millimeter Array (ALMA) ได้เปิดขึ้นในทะเลทราย Atacama ของชิลี ซึ่งระดับความสูงและความชื้นไม่เพียงพอทำให้เกิดสภาวะการสังเกตการณ์ที่ดีที่สุดในโลก อาร์เรย์กล้องโทรทรรศน์นี้ ซึ่งเป็นหอดูดาวภาคพื้นดินที่แพงที่สุดในโลก กลายเป็นจุดยึดใหม่ของ EHT ภายในปี 2559 หอสังเกตการณ์วิทยุในเซียร์ราเนวาดาของสเปนและเซียร์ราเนกราของเม็กซิโกได้เข้าร่วม EHT ด้วยเช่นกัน

นักวิทยาศาสตร์หลุมดำมากขึ้น
จากซ้ายไปขวา บนลงล่าง: Michael Johnson, Aleks Popstefanija, Daniel Palumbo; โจเซฟ ฟาราห์, โดมินิก เปสเซ, การ์เร็ตต์ เค. คีดติ้ง; Alexander Raymond, Gopal Narayanan, Peter Schloerb อดัม กลันซ์มัน

ในปี 2560 ทุกอย่างพร้อมแล้ว ในช่วงห้าคืนในเดือนเมษายนของปีนั้น กล้องโทรทรรศน์วิทยุที่ทรงอิทธิพลที่สุดในโลกหลายแห่งได้ให้เวลาอันมีค่าแก่การสังเกตการณ์แก่ EHT สิ่งอำนวยความสะดวกหยุดการทำงานตามปกติและทำให้การวิจัยอื่น ๆ ล่าช้าออกไปเพื่อให้กล้องโทรทรรศน์ทั่วโลกกลับมามีชีวิตในการค้นหาคลื่นวิทยุจากวงแหวนแสงที่ล้อมรอบเงาของหลุมดำที่อยู่ห่างออกไปกว่า 300 quintillion ไมล์

สภาพอากาศสมบูรณ์แบบ และหลังจากจัดส่งฮาร์ดไดรฟ์กว่าครึ่งตันไปยังโรงงานซูเปอร์คอมพิวเตอร์ในเยอรมนีและแมสซาชูเซตส์ ทีมอิสระได้เขียนอัลกอริธึมใหม่เพื่อรวมข้อมูลห้าเพตะไบต์ ซึ่งเท่ากับห้าล้านกิกะไบต์ หรือไฟล์เสียงที่บันทึกไว้เพียงพอที่จะเล่นได้ถึง 5,000 ไฟล์ ปี. ภาพที่ได้แสดงให้เห็นวงแหวนของวัสดุที่อยู่นอกขอบฟ้าเหตุการณ์อย่างชัดเจน โดยเรืองแสงเป็นประกายรอบๆ จุดศูนย์กลางที่มืด หลุมดำดูเหมือนกับแบบจำลองทางทฤษฎีตามสมการของไอน์สไตน์ที่ทำนายไว้

“ก่อนอื่น คุณต้องโน้มน้าวตัวเองว่าคุณกำลังดูข้อมูลจริงอยู่” Sera Markoff นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยอัมสเตอร์ดัมและสมาชิกทีม EHT กล่าว “แล้วมี ‘โอ้ พระเจ้า มันดูเป็นอย่างที่เราคิดจริงๆ นะ!’”

Avery Broderick นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยวอเตอร์ลูกล่าวว่า “เมื่อเราเห็นเงาลางร้ายที่ปกคลุมไปด้วยแสง สิ่งนั้นก็กลายเป็นจริง” “นั่นคือหลุมดำในจักรวาลจริงๆ”

เมื่อวันที่ 10 เมษายน ภาพที่เพิ่งเปิดตัวได้สร้างความตกตะลึง France Cordova ผู้อำนวยการมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติกล่าวว่าภาพนี้ทำให้เธอน้ำตาไหล: “นี่เป็นเรื่องใหญ่มาก”

มีกล้องโทรทรรศน์จำนวนมากขึ้นเข้าร่วมเครือข่าย รวมถึงแห่งหนึ่งในกรีนแลนด์และอีกแห่งหนึ่งในเทือกเขาแอลป์ของฝรั่งเศส นักวิทยาศาสตร์ใฝ่ฝันที่จะนำกล้องโทรทรรศน์ขึ้นสู่วงโคจรและเชื่อมโยงกับหอสังเกตการณ์ภาคพื้นดินเพื่อดูหลุมดำที่ปัจจุบันมีขนาดเล็กเกินไปและอยู่ไกลเกินกว่าจะสังเกตได้

หลุมดำมีขนาดใหญ่มากจนสร้างมวลสารของจักรวาล กินก๊าซ ฝุ่น และแม้แต่โฟตอนในใจกลางดาราจักรขนาดใหญ่ หลังจากสร้างทฤษฎีเกี่ยวกับพวกมันมาเป็นเวลากว่าร้อยปีแล้ว เราอาจต้องพบกับความประหลาดใจบางอย่างที่ตอนนี้เราสามารถสังเกตพวกมันได้โดยตรง “เราสามารถมองลงไปที่ขอบของกาลอวกาศได้ จนถึงใกล้ขอบฟ้า” โบรเดอริคกล่าว “เราจะหาฟิสิกส์ใหม่ได้ที่ไหน? คำตอบคือ ในสถานที่ที่เราไม่เคยดูมาก่อน”

หน้าแรก

เว็บพนันออนไลน์, สล็อตออนไลน์, เซ็กซี่บาคาร่า

Share

You may also like...

Leave a Reply

Your email address will not be published.