หลุมดำมวลยวดยิ่ง ณ ใจกลางทางช้างเผือก ยืดเวลาบนดาวฤกษ์ที่โคจรเข้าใกล้ ตอกย้ำทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์

Share

หอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์ยุโรปประจำซีกโลกใต้ (The European Southern Observatory - ESO) เผยผลการศึกษาโดยนักวิจัยสถาบันมักซ์พลังค์สำหรับฟิสิกส์นอกโลก (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics) ประเทศเยอรมนี ร่วมกับนักวิจัยจากหลายสถาบันทั่วทวีปยุโรป พบหลุมดำมวลยวดยิ่งที่ใจกลางทางช้างเผือกยืดเวลาบนดาวฤกษ์ที่โคจรเข้าใกล้ สอดคล้องกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ที่ทำนายไว้เมื่อ 100 ปีก่อนว่า เมื่อวัตถุใดอยู่ใกล้หลุมดำ เวลาบนวัตถุนั้นจะช้าลง และแสงที่ออกจากดาวฤกษ์ที่โคจรเข้าใกล้จะเลื่อนไปทางแดงมากขึ้น

 

        ภายหลังการค้นพบหลุมดำมวลยวดยิ่งเมื่อ 10 ปีก่อน นักวิจัยจึงศึกษาการค้นพบดังกล่าวอย่างต่อเนื่อง โดยใช้เทคนิคขั้นสูงที่ใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่บนพื้นโลกบันทึกภาพวัตถุในอวกาศได้อย่างมีประสิทธิภาพใกล้เคียงกับกล้องโทรทรรศน์อวกาศ และยังสามารถศึกษาการโคจรของดาวฤกษ์ใกล้จุดศูนย์กลางกาแล็กซีทางช้างเผือก อยู่ห่างจากโลกออกไปประมาณ 30,000 ปีแสงได้ กลุ่มนักวิจัยจึงใช้เทคนิคดังกล่าวศึกษาดาวฤกษ์ “S2” ที่โคจรรอบหลุมดำซึ่งอยู่บริเวณใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือกอย่างต่อเนื่อง จนนำมาซึ่งการยืนยันทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปครั้งนี้ 

        การทดลองครั้งล่าสุดยังใช้เทคนิคขั้นสูงที่ซับซ้อนขึ้น โดยใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ (Very Large Telescope-VLT) ในประเทศชิลี ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 8.2 เมตร ทำงานพร้อมกันจำนวน 4 ตัว อาศัยหลักการแทรกสอดของลำแสงที่ได้จากกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ทั้ง 4 ตัว ทำให้กลุ่มนักวิจัยได้ภาพการเคลื่อนที่ของ S2 และเส้นสเปกตรัมของดาวฤกษ์ที่มีความละเอียดสูง 

 

ภาพจินตนาการแสดงการเคลื่อนที่ของดาวฤกษ์ S2 ขณะโคจรรอบหลุมดำมวลยวดยิ่ง

 

        การศึกษาพบว่า ดาวฤกษ์ S2 โคจรรอบหลุมดำมวลยวดยิ่งด้วยอัตราเร็วสูง มีเส้นทางวงโคจรที่เป็นวงรี ใช้เวลาโคจรรอบหลุมดำ 16 ปี  เมื่อ S2 โคจรอยู่ตำแหน่งใกล้หลุมดำมากที่สุด ที่ระยะห่าง 20,000 ล้านกิโลเมตร หรือเท่ากับ 120 เท่าของระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์  S2 จะได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงมหาศาลของหลุมดำ  ส่งผลให้คลื่นแสงที่เดินทางจาก S2 ถูกเลื่อนไปทางสีแดงมากยิ่งขึ้น เรียกปรากฏการณ์ที่แสงถูกยืดด้วยแรงโน้มถ่วงนี้ว่า “การเลื่อนไปทางสีแดงของความถี่เนื่องจากความโน้มถ่วง” (Gravitational Redshift) เป็นหลักฐานที่แสดงว่าเวลาบนดาวฤกษ์ S2 เดินช้าลง ซึ่งไอน์สไตน์ได้อธิบายไว้ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเมื่อ 100 ปีที่แล้ว

        ดร. อุเทน แสวงวิทย์ นักวิจัยชำนาญการ ด้านจักรวาลวิทยาและฟิสิกส์ดาราศาสตร์พลังงานสูง สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ กล่าวว่า ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเกี่ยวข้องกับชีวิตประจำวันของมนุษย์เราเช่นกัน  เนื่องจากเวลานอกโลกกับเวลาบนโลกไม่ตรงกันเป็นสาเหตุมาจากแรงโน้มถ่วง โดยเฉพาะระบบ GPS หรือระบบการบอกตำแหน่งบนพื้นโลกที่เราใช้กันอยู่ในปัจจุบัน เรานำทฤษฎีดังกล่าวมาช่วยแก้ปัญหาความหน่วงของเวลาเนื่องจากแรงโน้มถ่วงไปจนถึงการขยายตัวของจักรวาล และแม้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ถูกคิดค้นมามากว่า 100 ปี แต่นักฟิสิกส์ได้พยายามทดลองและทดสอบทฤษฎีดังกล่าวมาโดยตลอด เนื่องจากทำได้ยากและต้องอาศัยเทคโนโลยีการตรวจวัดระดับสูงมาก เช่น ผลการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง เป็นต้น เช่นเดียวกับความพยายามทดสอบทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปครั้งนี้ ที่ได้ยืนยันว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปยังถูกต้อง จนอาจนำไปสู่การศึกษาอีกมากมายในอนาคต อาทิ การศึกษาทดลองทฤษฎีสัมพัทธภาพ ในบริเวณที่แรงโน้มถ่วงสูงมากใกล้ขอบฟ้าเหตุการณ์ (event horizon) ของหลุมดำมวลยวดยิ่ง เป็นต้น

        “แต่การยืนยันทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปคงยังพบความไม่แน่นอนของค่าที่วัดอยู่ที่ร้อยละ 10 นักฟิสิกส์และนักจักรวาลวิทยายังต้องทดสอบทฤษฎีแรงโน้มถ่วงให้แม่นยำมากขึ้น เนื่องจากเมื่อเราศึกษาระบบที่ใหญ่ขึ้นในระดับขนาดของกาแล็กซีและจักรวาล ผลการสังเกตการณ์ที่ได้ไม่ตรงกับสิ่งที่เราคาดคิดจึงทำให้นักทฤษฎีต้องเพิ่ม “พลังงานมืด” และ “สสารมืด” เข้ามาเพื่ออธิบายผลการทดลอง ซึ่งอาจเป็นสัญญาณบ่งบอกว่า ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปอาจจะยังไม่สามารถอธิบายความโน้มถ่วงของธรรมชาติได้ถูกต้องครบถ้วน คาดว่าหลังจากนี้จะมีการทดลองอีกมากมายเพื่อทดสอบทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปใกล้หลุมดำมวลยิ่งยวด ณ ใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือก ซึ่งจะช่วยให้นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์สามารถศึกษาวิจัยบริเวณใกล้ขอบของหลุมดำได้มากขึ้นในอนาคต” ดร.อุเทน กล่าวเพิ่มเติม

 

ที่มาข้อมูล :

[1]   https://www.eso.org/public/news/eso1825/ 

[2]   https://www.skyandtelescope.com/astronomy-news/star-swings-around-black-hole-tests-gravity/

[3]   ธนกร อังค์วัฒนะ - เจ้าหน้าที่สารสนเทศดาราศาสตร์ สดร. 

[4]   จอมพจน์ วงศ์เพชรอักษร - นักศึกษาปริญญาโท สาขาวิชาฟิสิกส์ดาราศาสตร์ มหาวิทยาลัยบอนน์

 

 

กลุ่มงานประชาสัมพันธ์ สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)

โทร. 053-121268-9 ต่อ 210-211 , 081-8854353 โทรสาร 053-121250 

E-mail: [email protected]     Website : www.narit.or.th

Facebook : www.facebook.com/NARITpage

Twitter : @N_Earth ,  Instagram : @NongEarthNARIT

Call Center กระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี โทร. 1313