| |
 |
| |
Schwarzschild radius รูปแบบหลุมดำที่ไม่มีการหมุน
มีจุดศูนย์กลาง Central singularity (จุดพิศวง)
สำรวจพบครั้งแรกโดย Karl Schwarzschild นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน |
|
| |
 |
| |
Non-spinning Black hole คือ หลุมดำที่มีรูปแบบสัณฐานไม่มีการหมุนปั่น |
|
| |
 |
| |
Spinning Black hole คือ หลุมดำที่มีรูปแบบสัณฐานมีการหมุนปั่น |
|
| |
| |
เบื้องต้นข้อสรุปสัณฐานหลุมดำแบ่งออกเป็น 2 ลักษณะดังนี้
Non-spinning Black holes คือ หลุมดำที่มีรูปทรงสัณฐานไม่มีการหมุนปั่น
พบว่ามีการเปล่งแสงจากธาตุเหล็ก (Iron emission) จากก๊าซร้อนที่เกาะพอก
รอบ ๆแผ่นจาน (Accretion disk) เป็นอะตอมใกล้กับบริเวณหลุมดำ เปล่งแสง
รังสีออกมา ด้วยค่าพลังงานต่ำ
Spinning Black holes คือ หลุมดำที่มีรูปทรงสัณฐานมีการหมุนปั่นพบอนุภาค
ที่ใกล้หลุมดำ เป็นสิ่งที่ทำให้มีโอกาสเกิดริ้วคลื่นของ Space-time จะหมุนปั่นช้า
หรือเร็วได้
การหมุนปั่นดังกล่าวจะกวาด ลากดึงไปโดยรอบอวกาศ ยิ่งเป็นการดึงอะตอมเข้า
ใกล้มากยิ่งขึ้น ทำให้เกิดความแข็งแกร่งของแรงโน้มถ่วง จนชะงัก กระทบให้หยุด
หมุนปั่น เกิดรังสี X-ray จาก Iron อะตอมที่แกว่งไปมา ด้วยค่าพลังงานต่ำ |
|
| |
 |
| |
ระบบการหมุนตัวของ Black hole มีขอบเขตวง 2 ชั้น
Outer event horizon (วงชั้นนอก) และ Inner event horizon (วงชั้นใน)
โดยเขตจำกัด Static limit (ขอบวัตถุและกำลังที่อยู่คงที่)
จุดศูนย์กลางคือ Ring singularity (วงแหวนพิศวง) |
|
| |
| |
การหมุนรอบแกนหลุมดำ ขึ้นอยู่กับรายละเอียดปลีกย่อยและยุ่งยากของตำแหน่ง
ที่ตั้ง ล้อมรอบด้วยแรงฉุดดึงมากมายในอวกาศ ระบบการหมุนปั่นของหลุมดำมี
ขอบเขตวงเหตุการณืที่เกิด 2 ชั้นและโครงสร้างดังนี้
Outer event horizon คือ ขอบเขตเหตุการณ์ชั้นนอก และ Inner event horizon
คือ ขอบเขตเหตุการณ์ชั้นใน ส่วน Ergosphere คือ บริเวณที่ผูกมัดระหว่าง
วงขอบเขตเหตุการณ์ด้านนอก กับแนวขอบเขตจำกัด Static limit (ขอบวัตถุและ
กำลังที่อยู่คงที่) ตรงจุดศูนย์กลางคือ Ring singularity คือ วงแหวนพิศวง (หรือจุดศูนย์กลางพิศวง)
การศึกษาเพิ่มเติมใหม่ได้เปิดเผยโครงสร้างหลุมดำ ที่เรียกว่า Black holes X-ray
nova แสดงโครงสร้างก๊าซ ดูดออกมาจาก ดวงดาว ด้วยแรงโน้มถ่วงจากหลุมดำ
หมุนปั่นอย่างเป็นรูปแบบ ทำให้ก๊าซมารวมตัวกันเป็นวงรอบๆ เห็นแบบสลัวๆ
เมื่อระบบมีความสมบูรณ์ จะมองไม่เห็น เพราะไม่มีพื้นผิว จุดศูนย์กลางมืดสนิท
และ Neutron star X-ray nova แสดงโครงสร้างก๊าซท่วมล้นทับถม ลงสู่ด้านใน
ของ ดาวนิวตรอน โดยก๊าซเริ่มรวมตัวกับดาว หลังจากนั้นเกิดหลุมดำเข้าแทนที่
แรงโน้มถ่วง กระทำให้ก๊าซนั้นสลัวลง ขณะเดียวกันก๊าซจู่โจมพื้นผิวดาวนิวตรอน
เกิดแสงสว่างขึ้น |
|
| |
 |
| |
โครงสร้าง Black holes X-ray nova และ Neutron star X-ray nova |
|
| |
 |
|
| |
| |
ระบบของหลุมดำที่น่ากังขา
บริเวณด้านนอกใกล้หลุมดำ มีปรากฎการณ์ Magnetic field lines (เส้นสนามแม่
เหล็ก) สร้้างรัศมีของแสงรอบขอบหลุมดำ เส้นสนามแม่เหล็กเหล่านี้มีพลังงาน
สูงเป็นพิเศษ พุ่งเป็นลำไฟฟ้าออกมาจากหลุมดำ ยิ่งเพิ่มค่ารังสี X-ray
ภายในหลุมดำ ยังทราบไม่ชัดเจนนัก เนื่องจากภายในมืดปราศจากแสงและยัง
ไม่มีเครื่องมือใดๆ จะเข้าไปสำรวจภายในหลุมดำได้ ทางทฤษฎีเชื่อว่ามวลภายใน
ทั้งหมดซ้อนเป็นชั้นๆเหมือนเยื่อหุ้ม เป็นจุดๆเดียวอยู่ตรงกลาง เรียกว่า จุดพิศวง
เข้าใจว่า แบบแผนใจกลางหลุมดำ มีความต้องการหลอมละลายตามกฎเกณฑ์
แรงโน้มถ่วง ในคุณสมบัติแบบ Smallest scales (ขนาดเล็กย่อย) หรือเรียกว่า
Quantum mechanics (เป็นการรวมกันระหว่าง กลศาสตร์ควอนตัม และทฤษฎี
สัมพัทธ์ภาพพิเศษ) แต่ยังเป็นปัญหาลึกลับ ด้วยปัญหาการอธิบายในด้านฟิสิกส์ |
|
| |
 |
| |
เชื่อว่าภายในหลุมดำมีลักษณะซ้อนเป็นชั้นคล้ายเยื่อหุ้ม |
|
| |
| |
ประเภทของหลุมดำที่สำรวจพบ
ประการสำคัญ หลุมดำ มีความแตกต่าง จากสิ่งต่างๆในจักรวาลโดยสิ้นเชิง เพราะ
ความผันผวนเกิดขึ้นโดยรอบ ด้วยลักษณะหลักพิเศษ 3 ประการ ประกอบกัน คือ
ด้วยจำนวนมวลสสาร ว่ามีจำนวนเท่าใด
ด้วยการหมุนปั่นรอบแกน ด้วยความเร็วเท่าใด
และด้วยเรื่องแบบแผนประจุไฟฟ้าของหลุมดำ
หากองค์ประกอบทั้งหมด มีความสมบูรณ์ หลุมดำจะเริ่มดูดกลืนวัตถุต่างๆทันที
การสำรวจตรวจวัดจำนวนมวล สามารถศึกษาวัตถุดิบ รอบๆหลุมดำได้ แต่ก็นับว่า
เป็นเรื่องยาก เดิมสำรวจตรวจพบเพียง 2 ประเภท คือ Stellar-mass และ Super
massive (บางสถาบันกำหนดเพิ่มเติมประเภท Mid-mass จึงรวมเป็น 3 ประเภท)
ในอนาคตอาจมีประเภทมากขึ้นอีกได้ |
|
| |
 |
| |
การดูดกลืน Yellow star ของหลุมดำใจกลาง Galaxy RX J1242-11 |
|
| |
| |
Stellar-mass black holes
ประกอบด้วยความหนาแน่นของมวล 5 - 100 เท่าของดวงอาทิตย์ เกิดขึ้นด้วย
พัฒนาการวงจรดาวขั้นสุดท้าย ขนาดมวลมีความหนาแน่น ของธาตุหนักมากกว่า
ดวงอาทิตย์ หรือ ระดับดาวทั่วไป โดยดาวได้พลังงานจาก หลอมละลายเผาไหม้
ภายในแกนถึงระยะเวลาหนึ่ง (นับหลาย พันล้านปีหรือมากกว่า) เชื้อเพลิงหมดสิ้น
ทุกอย่างยุบตัวลง สู่จุดศูนย์กลางด้วยความหนาแน่นสูง เกิด Deep gravitational
warp (แนวโค้งงอด้านลึกของแรงโน้มถ่วง) ในอวกาศ เรียกว่า หลุมดำประเภท Stellar-mass (มวลจากดาว)
หลุมดำประเภทนี้ ไม่มีพื้นผิวเช่นดาว เกิดขึ้นที่ใดก็ได้ มีขอบเขตเท่าใดก็ได้โดย
มองไม่เห็นในอวกาศเรียกว่า Event horizon (ขอบเขตเหตุการณ์) หากมีวัตถุใด
ก็ตาม ผ่านเข้าสู่ Event horizon ก็จะถึงวาระถูกกำจัด ด้วยแรงโน้มถ่วงบีบอัด
ไม่เห็นแสง ไม่สามารถ X-rays ได้ในขณะเกิด ไม่มีรูปแบบ Electromagnetic
radiation(รังสีสนามแม่เหล็ก) ไม่แสดงอนุภาคใดๆ ไม่แสดงค่าพลังว่ามีเท่าใด
จากมวล แต่ความสามารถดูดกลืนบีบอัด
Mid-mass black holes
เป็นประเภทใหม่ที่สำรวจพบ ประกอบด้วยความหนาแน่นมวล 500 – 1,000 เท่า
ของดวงอาทิตย์ เกิดขึ้นด้วยการพัฒนาการวงจรดาว ขั้นสุดท้ายเป็นการเกิดสืบ
เนื่องด้วยธรรมชาติ พัฒนาการวงจรดาวแบบมวลแน่นหนา สามารถค้นหาสังเกต
จากดาวที่มีการเร่งความเร็วของวงโคจรอย่างไม่เคยพบ มาก่อนหน้านี้
Supermassive black holes
ประกอบด้วยความหนาแน่นของมวล นับล้านเท่าของดวงอาทิตย์ หรือเทียบระดับ
กาแล็คซี่ขนาดเล็ก เป็นแบบฉบับความพิศวงของจักรวาล สำรวจพบในบริเวณจุด
ศูนย์กลางกาแล็คซี่ ยังไม่ทราบถึงสภาพรูปแบบตั้งต้นว่า เป็นการยุบตัวของ
กลุ่มหมอกก๊าซในกาแล็คซี่ หรือจากสะสมทีละน้อยจากหลุมดำ ในกลุ่ม Stellar
black holes ที่ท่วมล้นทับถมกัน หรือผสมรวมกันของหลุมดำจาก กลุ่มกระจุกดาว
หรืออาจจากกลไกอื่นๆในจักรวาล
สามารถค้นหาสังเกตจากกลุ่มหมอกก๊าซ หมุนวนแบบ Swirling (คล้ายวังวนน้ำ)
รอบๆ หลุมดำ (โดยมองไม่เห็นตำแหน่งหลุมดำ) ด้านเทคนิค ใช้วิธีตรวจสอบ
X-ray ค่าสะท้อนของแสง เพื่อหาค่าจากมวลรอบๆหลุมดำ ที่ท่วมล้นออกมาด้วย
ความกดดัน
การหมุนปั่นตัวเองด้วยความเร็วสูง สร้างพลังความแข็งแกร่งสนามของแรงโน้มถ่วง
(Powerful gravitational field) ความสามารถหมุนปั่นรอบแกน ด้วยความเร็วโดย
ไม่มีขีดจำกัด ปราศจากแสงที่โผล่ออกมา แม้มีประจุไฟฟ้าเพราะจะหักล้างประจุ
อย่างรวดเร็วจากการดูดกลืนวัตถุ สวนทิศทางสนามแม่เหล็กในทันที |
|
| |
 |
| |
กลุ่มหมอกก๊าซหมุนวนคล้ายวงวนน้ำรอบๆหลุมดำ
ทำให้ตรวจสอบพบหลุมดำได้ในเบื้องต้น |
|
| |
 |
| |
สัดส่วนทีเกิดหลุมดำ เริ่มต้นด้วยความหนาแน่นด้วยขนาดมวล
1,000,000 เท่าของดวงอาทิตย์จึงมีโอกาสเกิด
หลุมดำในประเภท Supermassive black holes |
|
| |
 |
| |
สำรวจพบ Supermassive black holes บริเวณด้านลึกของ
จักรวาล 9-11พันล้่านปีแสง จำนวนมากถึง 1,000 แห่ง |
|
| |
จักรวาลวิทยา SunflowerCosmos org. 
