26 เมษายน 2023 หอดูดาวซีกฟ้าใต้แห่งยุโรปหรือ ESO เผยแพร่ภาพหลุมดำยักษ์หรือ Supermassive Black Hole ที่ใจกลางกาแล็กซี M87 แสดงให้เห็นทั้งเงาของหลุมดำและลำอนุภาคพลังงานสูงที่หลุมดำปลดปล่อยออกมาในภาพเดียวกัน ซึ่งเป็นภาพในช่วงคลื่นวิทยุ นับเป็นครั้งแรกที่นักดาราศาสตร์สามารถบันทึกภาพทั้งโครงสร้างของหลุมดำและลำอนุภาคพลังงานสูงได้ในคราวเดียวกัน ช่วยให้นักดาราศาสตร์เข้าใจกลไกการปลดปล่อยอนุภาคพลังงานของหลุมดำได้ชัดเจนยิ่งขึ้น
งานวิจัยครั้งนี้ตีพิมพ์ลงในวารสาร Nature เมื่อวันที่ 26 เมษายน 2023 [1] นำทีมโดย Ru-Sen Lu นักดาราศาสตร์จาก Shanghai Astronomical Observatory ประเทศจีน ศึกษาหลุมดำที่ใจกลางกาแล็กซี M87 โดยใช้เครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุ 3 แห่ง ได้แก่ Global Millimetre VLBI Array (GMVA), Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) และ Greenland Telescope (GLT) ทำให้ได้ข้อมูลที่แสดงให้เห็นทั้งขอบเงาของหลุมดำยักษ์แห่งนี้ พร้อมกับกลุ่มสสารที่อยู่รอบ ๆ หลุมดำที่ถูกพ่นออกมาด้วยความรุนแรง
ปัจจุบันนักดาราศาสตร์ทราบว่า ภายในกาแล็กซีขนาดใหญ่เกือบทุกกาแล็กซี จะมีหลุมดำยักษ์อยู่บริเวณใจกลางเสมอ ซึ่งนอกจากจะคอยดึงดูดมวลสารที่อยู่ใกล้เคียงเข้าหาตัวเองแล้ว หลุมดำยักษ์เหล่านี้ยังมีการพ่นสสารพลังงานสูงออกมาได้อีกด้วย บางครั้งอาจมีความรุนแรงจนสสารสามารถแพร่กระจายออกไปนอกกาแล็กซีได้เลยทีเดียว แต่กระบวนการใดที่ทำให้เกิดการปลดปล่อยสสารพลังงานสูงได้เช่นนี้ ยังคงเป็นเรื่องที่นักดาราศาสตร์ยังต้องทำความเข้าใจเพิ่มเติมอีกมาก
“พวกเรารู้ว่า ลำอนุภาคพลังงานสูงนั้นถูกพ่นออกมาจากบริเวณรอบ ๆ หลุมดำ
แต่เรายังไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้ว่ากระบวนการใดที่ทำให้เกิดการพ่นมวลสารเช่นนี้
การจะทำความเข้าใจกระบวนการนี้ จำเป็นจะต้องศึกษาบริเวณแหล่งกำเนิดลำอนุภาคให้ใกล้ที่สุดเท่าที่จะทำได้”
กล่าวโดย Ru-Sen Lu
ภาพกาแล็กซี M87 ในช่วงคลื่นที่ตามองเห็น
หากใครยังจำกันได้ หลุมดำยักษ์ที่อยู่บริเวณใจกลางกาแล็กซี M87 ก็คือหลุมยักษ์ที่นักดาราศาสตร์สามารถบันทึกภาพหลุมดำได้เป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์เมื่อปี 2017 นั่นเอง [3] ซึ่งแม้ว่าจะอยู่ไกลออกไปจากโลกของเราถึง 55 ล้านปีแสง แต่ด้วยค่ามวลที่มากถึง 6,500 ล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ ทำให้มีขนาดที่ใหญ่มาก ประกอบกับเป็นหลุมดำที่ค่อนข้างนิ่งและเสถียร จึงนับว่าเป็นเป้าหมายที่ดีที่สุดที่จะสามารถบันทึกภาพหลุมดำได้ในช่วงเวลานั้น
ภาพหลุมดำ M87* ในช่วงคลื่นวิทยุเมื่อปี 2017
ผลการศึกษาล่าสุดในครั้งนี้ นักดาราศาสตร์ได้ใช้เครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุ ได้แก่ GMVA, ALMA และ GLT ทำงานร่วมกัน ทำให้เสมือนว่ามีกล้องโทรทรรศน์ที่มีขนาดหน้ากล้องเท่ากับโลกของเราทั้งใบ ข้อมูลที่ได้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่า บริเวณฐานของลำอนุภาคนั้นมีการเชื่อมโยงกับกลุ่มมวลสารที่หมุนวนอยู่รอบ ๆ หลุมดำ
มวลสารที่หมุนวนอยู่รอบหลุมดำนั้นจะมีความร้อนและพลังงานที่สูงมาก ทำให้เกิดการแผ่รังสีออกมา รังสีหรือ “แสง” เหล่านี้บางส่วนจะหลุดออกมาจากแรงโน้มถ่วงของหลุมดำได้ บางส่วนก็เคลื่อนที่เป็นเส้นโค้งไปตามอวกาศที่โค้งงอ และบางส่วนก็อาจตกลงสู่หลุมดำ เมื่อมองจากโลกจึงเห็นเป็นลักษณะรูปร่างคล้ายวงแหวนที่มีส่วนเงามืดอยู่ใจกลาง ซึ่งในครั้งนี้นักดาราศาสตร์ได้สังเกตการณ์ในช่วงคลื่นวิทยุที่ความยาวคลื่น 3.5 มิลลิเมตร ซึ่งต่างออกไปจากภาพแรกในปี 2017 ภาพที่ได้จึงแสดงให้เห็นทั้งลำอนุภาคพลังงานสูง และเงาของหลุมดำได้ในคราวเดียวกัน
นอกจากนี้ ข้อมูลที่ได้จากเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุ GMVA ยังแสดงให้เห็นอีกว่า วงแหวนรอบ ๆ หลุมดำนั้นมีความหนามากกว่าที่บันทึกได้ในปี 2017 ถึง 50 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งหมายความว่าอาจมีมวลสารที่กำลังตกลงสู่หลุมดำมากกว่าที่คาดการณ์ไว้
ในอนาคต นักวิจัยวางแผนที่จะใช้เครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุแห่งนี้ในการสังเกตการณ์เพิ่มเติมอีกครั้ง โดยจะเปลี่ยนช่วงความยาวคลื่นในการศึกษาต่อไปเพื่อให้ได้รายละเอียดในส่วนอื่น ๆ มากยิ่งขึ้น ซึ่งอาจช่วยให้เราเข้าใจกระบวนการต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นภายในวัตถุที่ลึกลับที่สุดในเอกภพแห่งนี้ได้
อ้างอิง :
[1] https://www.nature.com/articles/s41586-023-05843-w
[2] https://www.eso.org/public/news/eso2305/
เรียบเรียง : ธนกร อังค์วัฒนะ - เจ้าหน้าที่สารสนเทศดาราศาสตร์ สดร.