หลุมดำกลางทางช้างเผือกหมุนเร็วมาก แม้แต่ปริภูมิ-เวลายังบิดเบี้ยว!


โดย PPTV Online

เผยแพร่




นักวิทย์รายงานพบว่า หลุมดำ Sgr A* ที่อยู่กลางทางช้างเผือกของเราหมุนเร็วมากเกือบถึงขีดจำกัดสูงสุด จนปริภูมิ-เวลาถูกลากและบิดเบี้ยว

เมื่อปี 2022 ข่าวใหญ่ของวงการดาราศาสตร์คือการเปิดภาพแรกของหลุมดำมวลยิ่งยวด (Super-Massive Black Hole) ที่อยู่ ณ ใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา ชื่อว่า Sagittarius A* (แซจิแทเรียส เอ สตาร์)” หรือชื่อย่อ ๆ ว่า Sgr A* (แซจ เอ สตาร์)

ล่าสุดทีมนักวิทยาศาสตร์เปิดเผยผลการศึกษาเกี่ยวกับการหมุนของหลุมดำมวลยิ่งยวดดวงดังกล่าว ที่ไม่เพียงแค่หมุนรอบตัวเองเท่านั้น แต่ยังหมุนด้วยความเร็วเกือบสูงสุด จนทำให้ปริภูมิ (Space) และเวลา (Time) เกิดการบิดเบี้ยว

นักวิทย์พบ “หลุมดำ” อายุเก่าแก่ที่สุด-อยู่ไกลที่สุด เท่าที่เคยพบมา

ผลสังเกตการณ์หลุมดำ M87 พบหลักฐานแรกที่ยืนยันว่า "หลุมดำกำลังหมุน"

นักดาราศาสตร์เผยภาพใหม่ “ลำอนุภาค” พุ่งออกมาจากหลุมดำ

ทั้งนี้ ความเร็วในการหมุนของหลุมดำถูกกำหนดให้เป็นค่า a และมีค่าตั้งแต่ 0 ถึง 1 โดยที่ 1 คือความเร็วการหมุนสูงสุดของหลุมดำ

นักฟิสิกส์คำนวณความเร็วการหมุนของหลุมดำ Sgr A* โดยใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศจันทรา (Chandra X-ray Observatory) เพื่อดูรังสีเอ็กซ์และคลื่นวิทยุที่เล็ดลอดออกมา

รูธ เอ. ดาลี นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยรัฐเพนซิลเวเนีย และทีมวิจัย พบว่าความเร็วในการหมุนของ Sgr A* อยู่ระหว่าง 0.84 ถึง 0.96 ซึ่งใกล้เคียงกับขีดจำกัดสูงสุด

ซาเวียร์ คาลเมต นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีจากมหาวิทยาลัยซัสเซกซ์ ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการวิจัย บอกว่า “การค้นพบว่า Sgr A* กำลังหมุนด้วยความเร็วสูงสุดมีผลกระทบอย่างมากต่อความเข้าใจของเรา เกี่ยวกับการก่อตัวของหลุมดำและกระบวนการทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับวัตถุในจักรวาลที่น่าสนใจเหล่านี้”

การหมุนของหลุมดำแตกต่างจากการหมุนของวัตถุในจักรวาลอื่น ๆ โดยในขณะที่ดาวเคราะห์ ดวงดาว และดาวเคราะห์น้อยเป็นวัตถุแข็งที่มีพื้นผิวทางกายภาพ แต่หลุมดำจะเป็นเหมือนพื้นที่ของปริภูมิเวลาที่ถูกล้อมรอบด้วยพื้นผิวที่ไม่ใช่กายภาพ มีแนวเขตระยะสุดท้ายก่อนที่วัตถุหรือสสารใด ๆ จะถูกดูดลงไปในหลุมดำเรียกว่า ขอบฟ้าเหตุการณ์ (Event Horizon)

“ในขณะที่การหมุนของดาวเคราะห์หรือดาวฤกษ์ถูกควบคุมโดยการกระจายตัวของมวลของมัน การหมุนของหลุมดำนั้นอธิบายได้ด้วยโมเมนตัมเชิงมุม” คาลเมตกล่าว

เนื่องจากแรงโน้มถ่วงที่รุนแรงใกล้หลุมดำ การหมุนรอบตัวเองทำให้ปริภูมิเวลามีความโค้งและบิดเบี้ยวอย่างมาก เกิดเป็น “เออร์โกสเฟียร์” (Ergosphere) หรือพื้นที่บริเวณขอบฟ้าเหตุการณ์ชั้นนอก ซึ่งเกิดขึ้นเฉพาะในหลุมดำและไม่เกิดขึ้นกับวัตถุแข็งเช่นดาวเคราะห์หรือดวงดาว

นั่นหมายความว่า เมื่อมันหมุน หลุมดำจะบิดโครงสร้างของปริภูมิเวลา และลากทุกสิ่งภายในเออร์โกสเฟียร์ไปด้วย ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า “การลาก”

ดังนั้น เพื่อทำความเข้าใจพฤติกรรมของอวกาศรอบหลุมดำ นักวิจัยจำเป็นต้องรู้การหมุนของมัน และการลากนี้ยังทำให้เกิดเอฟเฟ็กต์ภาพแปลก ๆ รอบหลุมดำอีกด้วย

“เมื่อแสงเดินทางใกล้กับหลุมดำที่กำลังหมุนอยู่ การหมุนของปริภูมิเวลาจะทำให้เส้นทางของแสงโค้งหรือบิดเบี้ยว” คาลเมตกล่าว

เขาเสริมว่า “สิ่งนี้ส่งผลให้เกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่า ‘เลนส์โน้มถ่วง’ ซึ่งวิถีของแสงโค้งงอเนื่องจากอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของหลุมดำที่กำลังหมุนอยู่ ปรากฏการณ์การลากสามารถนำไปสู่การก่อตัวของวงแหวนแสงและแม้กระทั่งการสร้างเงาของหลุมดำ สิ่งเหล่านี้เป็นการแสดงให้เห็นถึงอิทธิพลของหลุมดำที่มีต่อแสงในเชิงแรงโน้มถ่วง”

ความเร็วสูงสุดของหลุมดำตามทฤษฎีขึ้นอยู่กับวิธีที่มันดูดกลืนสสารและการเติบโตของมัน

“เมื่อสสารตกลงไปในหลุมดำ มันจะเพิ่มการหมุนของหลุมดำ แต่ก็มีขีดจำกัดว่ามันสามารถมีโมเมนตัมเชิงมุมได้มากน้อยเพียงใด อีกปัจจัยหนึ่งคือมวลของหลุมดำ หลุมดำที่มีมวลมากขึ้นจะมีแรงดึงโน้มถ่วงที่สูงกว่า ทำให้การเพิ่มการหมุนของพวกมันมีความท้าทายมากขึ้น” คาลเมตกล่าว

นอกจากนี้ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างหลุมดำกับบริเวณโดยรอบ เช่น จานสะสมมวล สามารถถ่ายโอนโมเมนตัมเชิงมุมและส่งผลต่อการหมุนรอบของหลุมดำได้

นี่สามารถอธิบายได้ว่าทำไม Sgr A* ซึ่งมีมวลเทียบเท่ากับดวงอาทิตย์ประมาณ 4.5 ล้านดวง จึงมีความเร็วการหมุนถึง 0.84 ถึง 0.96 ขณะที่หลุมดำมวลมหาศาลใจกลางกาแลคซี M87 ซึ่งมีมวลเทียบเท่าดวงอาทิตย์ถึง 6.5 พันล้านดวง กลับหมุนรอบด้วยความเร็วที่น้อยกว่าคือ 0.89 ถึง 0.91

 

อ่านงานวิจัยฉบับเต็ม ที่นี่

เรียบเรียงจาก Live Science

ภาพจาก AFP PHOTO / EUROPEAN SOUTHERN OBSERVATORY

เช็กปีชง 2567 นักษัตรไหน "ชงตรง-ชงร่วม" พร้อมแนะวันที่ควรแก้ชง

เชียร์ "แอนโทเนีย" รอบตัดสิน Miss Universe 2023 เช้า 19 พ.ย.นี้

อัปเดต! ปฏิทินวันหยุด 2567 เช็กวันหยุดราชการ-วันหยุดธนาคาร

TOP ต่างประเทศ
วิดีโอยอดนิยม
เรื่องที่คุณอาจพลาด

วิดีโอยอดนิยม

ข่าวเด่นในรอบสัปดาห์

ขณะนี้ มีรายการกำลังถ่ายทอดสด โปรแกรมฟุตบอล คุณสนใจหรือไม่?

ขอนแก่น ยูไนเต็ด

VS

การท่าเรือ เอฟซี

เพิ่ม PPTVHD36
ลงในหน้าจอหลักของคุณ