นักดาราศาสตร์ตรวจพบ “แสง” หลังหลุมดำในอวกาศเป็นครั้งแรก เป็นไปตามการคาดการณ์ที่อยู่ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ที่ว่า แรงดึงดูดจากหลุมดำจะทำให้รังสีแสงโค้งรอบตัว ทำให้นักวิทยาศาสตร์มองเห็นสิ่งที่อยู่เบื้องหลังได้
แดน วิลกินส์ นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด เล่าว่า ขณะนั้นตนและทีมงานกำลังสังเกต “โคโรนา” หรือวงแหวนแสง จากรังสีเอ็กซ์ที่ปล่อยออกมาจากหลุมดำมวลมหาศาล (Supermassive Black Hole) ใจกลางกาแลกซีที่อยู่ห่างจากโลกไป 800 ล้านปีแสง
การค้นพบเกี่ยวกับหลุมดำ คว้าโนเบลฟิสิกส์
เปิดภาพ หลุมดำขนาดมหึมา กลืนกิน-ฉีกดาวฤกษ์ ขนาดเท่าพระอาทิตย์
แสงไฟที่สว่างจ้าเหล่านี้ไม่ได้ผิดปกติ เพราะแม้ว่าแสงจะหนีจากหลุมดำไม่ได้ แต่แรงโน้มถ่วงมหาศาลที่อยู่รอบ ๆ มันสามารถทำให้วัตถุต่าง ๆ ร้อนขึ้นได้หลายล้านองศา รวมถึงสามารถปล่อยคลื่นวิทยุและรังสีเอ็กซ์ออกมาได้ด้วย บางครั้งวัตถุที่ร้อนจัดนี้ก็จะพุ่งออกไปในอวกาศราวกับเครื่องบินไอพ่นเร็ว ซึ่งรวมถึงรังสีเอ็กซ์และรังสีแกมมา
แต่วิลกินส์สังเกตเห็นแสงแวบเล็ก ๆ ของรังสีเอ็กซ์ซึ่งเกิดขึ้นในภายหลังและมีสีต่างกัน และพวกมันมาจากอีกด้านของหลุมดำ
“แสงใด ๆ ที่เข้าไปในหลุมดำนั้นจะไม่สามารถออกมาได้ เราจึงไม่ควรมองเห็นสิ่งใดก็ตามที่อยู่หลังหลุมดำ” วิลกินส์กล่าว
อย่างไรก็ตาม ธรรมชาติที่แปลกประหลาดของหลุมดำก็ทำให้การสังเกตการณ์เป็นไปได้จริง “เหตุผลที่เรามองเห็นอีกด้านของหลุมดำได้ก็เพราะว่าหลุมดำนั้นเป็นพื้นที่ที่บิดเบี้ยว แสงเกิดการโค้งงอ และมีสนามแม่เหล็กหมุนรอบตัวมัน” เขากล่าว
โรเจอร์ แบลนด์ฟอร์ด หนึ่งในทีมงาน กล่าวว่า “เมื่อ 50 ปีที่แล้ว นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์เพิ่งเริ่มคาดเดาว่า สนามแม่เหล็กจะมีพฤติกรรมอย่างไรเมื่ออยู่ใกล้กับหลุมดำ พวกเขาไม่รู้เลยว่า วันหนึ่งเราจะมีเทคนิคในการสังเกตสิ่งนี้โดยตรงและเห็นทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์เกิดขึ้นจริง”
ทฤษฎีของไอน์สไตน์คือแนวคิดที่ว่า แรงโน้มถ่วงเป็นสสารที่แปรปรวนในกาลอวกาศ
หลุมดำบางแห่งมี “โคโรนา” หรือวงแหวนแสงจ้าที่ก่อตัวขึ้นรอบ ๆ หลุมดำเมื่อสสารใด ๆ (รวมถึงรังสีต่าง ๆ) ตกลงไปในหลุมนั้น และเกิดเป็นความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่สูงมาก การใช้แสงรังสีเอ็กซ์เป็นวิธีหนึ่งที่นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาและทำแผนที่หลุมดำได้
เมื่อก๊าซตกลงไปในหลุมดำ อุณหภูมิของมันสามารถพุ่งสูงขึ้นถึงหลายล้านองศา ความร้อนสูงเกินไปนี้ทำให้อิเล็กตรอนแยกออกจากอะตอมซึ่งสร้างพลาสมาแม่เหล็ก แรงโน้มถ่วงอันทรงพลังของหลุมดำทำให้สนามแม่เหล็กนี้โค้งสูงเหนือหลุมดำและหมุนวนจนแตก
ซึ่งนี่ไม่ต่างจากโคโรนาของดวงอาทิตย์ พื้นผิวของดวงอาทิตย์ถูกปกคลุมด้วยสนามแม่เหล็ก ซึ่งทำให้เกิดลักษณะเป็นวงในยามที่พวกมันทำปฏิกิริยากับอนุภาคที่มีประจุ นี่คือเหตุผลที่นักวิทยาศาสตร์เรียกวงแหวนรอบหลุมดำว่าเป็นโคโรนา
วิลกินส์กล่าวว่า “สนามแม่เหล็กนี้ถูกผูกโยงและเข้าใกล้หลุมดำ ทำให้ทุกอย่างร้อนขึ้นและผลิตอิเล็กตรอนพลังงานสูงเหล่านี้เพื่อผลิตรังสีเอ็กซ์”
ขณะศึกษาการแผ่รังสีเอกซ์ วิลกินส์พบแสงวาบที่เล็กกว่า เขาและเพื่อนนักวิจัยตระหนักดีว่า “แสงของรังสีเอ็กซ์ขนาดใหญ่กำลังสะท้อนและโค้งงอรอบหลุมดำจากด้านหลัง ทำให้พวกเขามองเห็นด้านไกลของหลุมดำ”
วิลกินส์กล่าวว่า “ผมเคยเห็นพวกมันในทฤษฎีที่กำลังพัฒนา ดังนั้นเมื่อได้เห็นพวกมันในการสังเกตการณ์ด้วยกล้องโทรทรรศน์จริง ๆ ผมก็สามารถหาความเชื่อมโยงได้"
การสังเกตการณ์นี้ใช้กล้องโทรทรรศน์เอ็กซ์เรย์บนอวกาศ 2 ตัว ได้แก่ NuSTAR ของนาซา และ XMM-Newton ขององค์การอวกาศยุโรป (ESA)
จำเป็นต้องมีการสังเกตการณ์เพิ่มเติมเพื่อทำความเข้าใจโคโรนาของหลุมดำเหล่านี้ และความหวังอยู่ที่หอดูดาวรังสีเอ็กซ์ของ ESA ที่ชื่อ “อาธีนา” ซึ่งจะเปิดตัวในปี 2031
“มันมีกระจกที่ใหญ่กว่าที่เราเคยมีในกล้องโทรทรรศน์รังสีเอ็กซ์ และมันจะช่วยให้เราได้ภาพที่มีความละเอียดสูงขึ้นในเวลาสังเกตที่สั้นลงมาก” วิลกินส์กล่าว
เรียบเรียงจาก CNN / The Guardian
ภาพจาก "AFP PHOTO / EUROPEAN SOUTHERN OBSERVATORY"
