Timeline : หลุมดำ (6)

Multiverse | บัญชา ธนบุญสมบัติ

www.facebook.com/buncha2509

Timeline : หลุมดำ (6)

ในบทความตอนที่แล้ว ผมได้ให้ข้อมูลพัฒนาการทางความรู้เกี่ยวกับหลุมดำจนถึงปี ค.ศ.1973 แล้ว คราวนี้มาดูกันต่อครับ

1974 : สตีเฟน ฮอว์กิ้ง ประยุกต์ทฤษฎีสนามควอนตัมเพื่อใช้กับกาลอวกาศใกล้หลุมดำ และแสดงให้เห็นว่าหลุมดำสามารถแผ่รังสีได้และระเหยไปจนหมดได้ รังสีนี้ต่อมาเรียกว่า รังสีฮอว์กิ้ง (Hawking radiation)

แง่มุมที่น่าทึ่งก็คือการแผ่รังสีนี้มีสเปกตรัมเหมือนกันการแผ่รังสีของวัตถุดำ (black-body radiation) ต่อมาเขาตีพิมพ์บทความ ‘Black hole explosion?’ ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Vol.248 หน้า 30-31 ฉบับวันที่ 1 มีนาคม ค.ศ.1974

ทศวรรษ 1980 : นักฟิสิกส์ให้ความสำคัญกับการศึกษาทฤษฎีซูเปอร์กราวิตีและการประยุกต์ใช้ทฤษฎีนี้กับหลุมดำ

ซูเปอร์กราวิตี (supergravity) เป็นทฤษฎีที่รวมทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (general relativity) ซึ่งอธิบายแรงโน้มถ่วงเข้ากับซูเปอร์ซิมเมตรี (supersymmetry) ซึ่งเป็นทฤษฎีที่เชื่อมโยงอนุภาคมูลฐานประเภทต่างๆ ซูเปอร์กราวิตีมุ่งรวมแรงโน้มถ่วงเข้ากับแรงพื้นฐานอื่นๆ ของธรรมชาติให้อยู่ภายในกรอบทฤษฎีเดียวกัน

ซูเปอร์ซิมเมตรี เป็นกรอบทฤษฎีในวิชาฟิสิกส์อนุภาคที่เสนอความสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคมูลฐานสองคลาส ได้แก่ โบซอน (boson) ซึ่งเป็นอนุภาคส่งผ่านแรง และเฟอร์มิออน (fermion) ซึ่งเป็นอนุภาคที่ประกอบขึ้นเป็นสสาร ซูเปอร์ซิมเมตรีเสนอว่าอนุภาคทุกชนิดมี “คู่สมมาตรยิ่งยวด (superpartner)” ที่มีสปินต่างกัน (โบซอนสำหรับเฟอร์มิออน และเฟอร์มิออนสำหรับโบซอน) คู่สมมาตรยิ่งยวดเหล่านี้ยังไม่มีการค้นพบ แต่หากมีอยู่จริง แนวคิดซูเปอร์ซิมเมตรีอาจช่วยรวมแรงพื้นฐานและอธิบายปริศนาบางอย่างของเอกภพได้

1996 : แอนดรูว์ สตอร์มิงเกอร์ (Andrew Strominger) กับคัมรัน วาฟา (Cumrun Vafa) ได้ตีพิมพ์บทความซึ่งอธิบายสูตรคำนวนเอนโทรปีของเบเคนสไตน์-ฮอว์กิ้ง (Bekenstein-Hawking entropy formula) โดยเป็นคำอธิบายในเชิงจุลภาคและเชิงสถิติสำหรับหลุมดำบางประเภทภายในกรอบของทฤษฎีสตริง คำอธิบายนี้เป็นการก้าวกระโดดครั้งสำคัญเพราะเชื่อมโยงสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของหลุมดำ (เช่น เอนโทรปี) กับดีกรีความอิสระระดับจุลภาคที่เป็นองค์ประกอบของหลุมดำ

งานของนักวิจัยทั้งสองได้รับการยกย่องว่าเป็นผลลัพธ์ที่สำคัญในทฤษฎีสตริง และเป็นก้าวสำคัญในการทำความเข้าใจแรงโน้มถ่วงเชิงควอนตัมอย่างลึกซึ้งยิ่งขึ้น อีกทั้งยังแสดงให้เห็นว่าทฤษฎีสตริงมีศักยภาพในการพัฒนาไปเป็นทฤษฎีแรงโน้มถ่วงเชิงควอนตัม ซึ่งเป็นหนึ่งในความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดในฟิสิกส์สมัยใหม่

2001 : ทีมวิจัยจาก University of California, Los Angeles (UCLA) นำโดย ดร.แอนเดรีย เอ็ม เกซ (Dr. Andrea M. Ghez) สามารถระบุตำแหน่งของแหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุ Sagittarius A* โดยมีความแม่นยำสูงกว่าที่เคยมีมา ทั้งนี้ โดยการสังเกตเส้นทางของดาวฤกษ์สามดวงที่โคจรโดยรอบ Sagittarius A* ซึ่งตำแหน่งของดาวฤกษ์เปลี่ยนแปลงไปอย่างมีนัยสำคัญในช่วงเวลาเพียงไม่กี่ปี ข้อมูลดังกล่าวบ่งชี้ว่าดาวฤกษ์เหล่านี้โคจรรอบวัตถุขนาดเล็กแต่มีมวลมาก

2003 : ทีมนักดาราศาสตร์นานาชาติได้เสนอแนวคิดว่า กลไกสองอย่างที่แตกต่างกันในการก่อตัวของหลุมดำ สามารถนำไปสู่การระเบิดของพลังงานที่สามารถสังเกตได้ในระยะทางหลายพันล้านปีแสง

กลไกทั้งสองอย่างนี้เกี่ยวข้องกับ (1) การรวมตัวของหลุมดำ : เมื่อหลุมดำสองหลุมโคจรรอบกันและกัน แรงโน้มถ่วงจะดึงดูดให้ทั้งสองเข้าใกล้กันมากขึ้นเรื่อยๆ จนในที่สุดก็รวมตัวกัน การรวมตัวของหลุมดำจะปลดปล่อยพลังงานมหาศาลออกมาในรูปของคลื่นความโน้มถ่วง ซึ่งสามารถตรวจจับได้บนโลก และ (2) การชนกันของหลุมดำกับดาวฤกษ์ : เมื่อหลุมดำชนกับดาวฤกษ์ ก็จะทำให้ดาวฤกษ์ถูกฉีกออกและสสารของดาวฤกษ์จะถูดดูดเข้าไปในหลุมดำ กระบวนการนี้จะทำให้เกิดการระเบิดของพลังงานที่สว่างจ้า ซึ่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปลดปล่อยออกมาสามารถสังเกตได้ในย่านความถี่ต่างๆ

นักดาราศาสตร์เชื่อว่าการระเบิดของพลังงานที่กล่าวมานี้สำคัญต่อการศึกษาหลุมดำและวิวัฒนาการของกาแล็กซี่ เนื่องจากสามารถให้ข้อมูลเกี่ยวกับมวล ขนาด และองค์ประกอบของหลุมดำ รวมถึงสภาพแวดล้อมรอบๆ หลุมดำได้

2004 (1) : ทีมวิจัยจาก UCLA นำโดย ดร.แอนเดรีย เอ็ม เกซ นำเสนอหลักฐานที่หนักแน่นยิ่งขึ้นที่สนับสนุนว่า Sagittarius A* ที่ใจกลางทางช้างเผือกเป็นหลุมดำมวลยวดยิ่ง

การที่รู้ว่า Sgr A* เป็นหลุมดำมวลยวดยิ่ง เนื่องจากเส้นทางการโคจรของดาวฤกษ์บางดวง (โดยเฉพาะ S0-2 ซึ่งมีคาบการโคจรรอบ Sgr A* เท่ากับ 15.8 ปี) ทำให้สามารถคำนวณมวลที่ดึงดูดดาวฤกษ์เหล่านี้ได้ พบว่ามวลดังกล่าวมีค่า 4.1 +/- 0.6 ล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ นอกจากนี้ ยังพบว่ามวลดังกล่าวมีขนาดรัศมีไม่เกิน 6.75 พันล้านกิโลเมตร ทำให้คำนวณความหนาแน่นต่ำสุดได้ประมาณ 66.3 ล้านกิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร

ค่าความหนาแน่นมหาศาลระดับนี้ประกอบกับทั้งข้อเท็จจริงอื่นๆ เช่น Sgr A* แทบไม่เคลื่อนที่ รวมทั้งหลักฐานต่างๆ ที่ช่วยให้ตัดสมมติฐานอื่นๆ ออกไปได้ ทำให้สามารถสรุปได้ว่าจะต้องมีหลุมดำมวลยวดยิ่งอยู่ใกล้กับแหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุ Sgr A*

2004 (2) : มีการค้นพบว่าอาจมีหลุมดำมวลปานกลาง (intermediate-mass black hole) ซึ่งมีชื่อว่า GCIRS 13E โคจรอยู่รอบ Sgr A* ในระยะห่างออกไปราว 3 ปีแสง หลุมดำดังกล่าวนี้มีดาวฤกษ์โคจรอยู่รอบ 7 ดวง และมีมวลเพียง 1,300 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ (ซึ่งน้อยมากเมื่อเทียบกับมวลของหลุมดำใกล้ๆ Sgr A* ซึ่งมีค่าราว 4 ล้านเท่าของมวลของดวงอาทิตย์)

2005 : กลุ่มของกล้องโทรทรรศน์ Very Long Baseline Array (VLBA) ของ National Science Foundation พบว่าแหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุที่ใจกลางของกาแล็กซี่ทางช้างเผือกมีขนาดใหญ่ไม่เกินระยะห่างระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์

2006 : กล้องโทรทรรศน์เอ็กซเรย์จันทรา (Chandra X-ray Observatory) ศึกษา GRO J1655-40 ซึ่งเป็นหลุมดำที่อยู่ห่างออกไปราว 10,000 ปีแสง หลุมดำนี้เดิมทีเป็นดาวฤกษ์ในระบบดาวคู่ แต่เมื่อยุบตัวกลายเป็นหลุมดำก็ได้ดึงดูดเอาสสารจากดาวที่อยู่คู่กันเข้าหาเกิดเป็นจานพอกพูนมวล จากการศึกษาพบว่าหากแรงโน้มถ่วงเป็นเพียงแรงเดียวที่เกี่ยวข้อง สสารจะเพียงแค่โคจรรอบหลุมดำ แต่ในความเป็นจริงสสารเคลื่อนที่เป็นเกลียววนเข้าไปในหลุมดำ ซึ่งบ่งชี้ว่ายังมีแรงอีกอย่างหนึ่งร่วมด้วย นั่นคือ แรงแม่เหล็ก

2007 : ทีมนักวิทยาศาสตร์สองทีมค้นพบว่าควอซาร์ 3 แห่งซึ่งเคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงซึ่งกันและกัน อาจทำให้เกิดการรวมกันของหลุมดำมวลยวดยิ่งสองหลุม และส่งผลให้หลุมดำมวลยวดยิ่งหลุมที่สามพุ่งออกไปสู่อวกาศด้วยความเร็วสูง

ควอซาร์ (quasar)เป็นวัตถุที่สว่างมากและอยู่ไกลมาก พบได้ที่ศูนย์กลางของกาแล็กซี่บางแห่ง ควอซาร์ถูกขับเคลื่อนโดยหลุมดำมวลยวดยิ่งที่กำลังดูดกินแก๊สและฝุ่น สสารที่ตกลงไปนี้ก่อตัวเป็นแผ่นจานร้อนที่เปล่งแสงสว่างจ้าครอบคลุมทุกช่วงความถี่ในสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า โดยมักจะสว่างกว่ากาแล็กซีทั้งกาแล็กซี่ที่ควอซาร์นั้นอยู่

2008 : มีการค้นพบหลุมดำที่มีมวลน้อยที่สุดในระบบ XTE J1650-500 หลุมดำนี้มีมวลน้อยกว่า 4 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ ค่ามวลเท่านี้ใกล้เคียงกับค่าขีดจำกัดต่ำสุดของมวลที่หลุมดำอาจมีได้

2009 : จากการศึกษามวลของสสารมืดในกาแล็กซี่ M87 พบว่าหลุมดำที่ใจกลางกาแล็กซี่นี้มีค่ามากกว่าที่เคยคาดคิดเอาไว้ อาจถึงราว 7 พันล้านเท่าของมวลของดวงอาทิตย์

2010 : นักดาราศาสตร์ค้นพบหลุมดำที่อาจจะเพิ่งถือกำเนิดมาได้ไม่นานในกาแล็กซี่ M100 หลุมดำดังกล่าวถือกำเนิดขึ้นมาเพียง 31 ปีก่อน (เมื่อสังเกตจากโลก) ถือเป็นหลุมดำที่มีอายุน้อยที่สุดเท่าที่มีการค้นพบ

กาแล็กซี่ M100 เป็นกาแล็กซี่ชนิดกังหัน (spiral galaxy) ที่อยู่ห่างจากโลกประมาณ 56 ล้านปีแสง

2011 (1) : การสังเกตการณ์ล่าสุดพบว่าหลุมดำที่ใจกลางกาแล็กซี่ M87 มีมวลราว 6.6 พันล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์

2011 (2) : ดาวเทียม Swift ของ NASA และ Chandra X-ray Observatory ค้นพบว่ากาแล็กซี่ NGC 3758 (ซึ่งเชื่อว่าก่อตัวขึ้นจากการรวมตัวของกาแล็กซี่ขนาดเล็กสองแห่ง) มีหลุมดำมวลยวดยิ่งสองหลุมที่ใจกลางของมัน การค้นพบนี้มีความสำคัญ เพราะเป็นหลักฐานที่แสดงให้เห็นว่าหลุมดำมวลยวดยิ่งอาจรวมตัวกันได้เมื่อกาแล็กซี่เจ้าบ้านชนกัน

หลุมดำสองหลุมใน NGC 3758 อยู่ห่างกันประมาณ 11,000 ปีแสง ซึ่งเป็นระยะทางที่ค่อนข้างใกล้ในทางดาราศาสตร์ การค้นพบนี้ชี้ให้เห็นว่าหลุมดำทั้งสองกำลังอยู่ในกระบวนการเคลื่อนวนเข้าหากันและจะรวมตัวกันในที่สุด”

2011 (3) : มีการค้นพบแหล่งน้ำปริมาณมหาศาลในรูปของไอน้ำรอบควอซาร์ APM 08279+5255 ซึ่งห่างจากโลกราว 1 หมื่น 2 พันล้านปีแสง แหล่งน้ำดังกล่าวมีปริมาณมากถึง 140 ล้านล้านเท่าของน้ำในมหาสมุทรบนโลก

https://twitter.com/matichonweekly/status/1552197630306177024

อ่านข่าวต้นฉบับได้ที่ : Timeline : หลุมดำ (6)

ติดตามข่าวล่าสุดได้ทุกวัน ที่นี่
– Website : https://www.matichonweekly.com