SunflowerCosmos.org > Cosmology > Astronomy

ข้อพิสูจน์อิทธิพลหลุมดำ ทำให้แสงโค้งงอ

วัตถุหนึ่งวัตถุใด หากต้องให้มีความปลอดภัยจากหลุมดำ ต้องโคจรอยู่นอกเขต
Outer event horizon ของหลุมดำ โดยในอวกาศเต็มไปด้วย หมู่ดาว เคลื่อนตัว
โคจรยึดเหนี่ยวกันอย่างมั่นคง รวมถึงตัวของเราบนโลกด้วย

แต่ระบบทั้งหมดสามารถถูกเปลี่ยนแปลงได้ ด้วยอำนาจแรงดึงดูด ของหลุมดำ
อย่างง่ายดาย ตำแหน่งแสงเมื่อส่องผ่านเข้าใกล้บริเวณหลุมดำ จะสะดุดหยุดลง
และหลีกไม่พ้น

ส่วนแสงจาก กระจุกกาแล็คซี่ อยู่ห่างไกล เริ่มต้นแสงที่ส่องผ่านจะคืบหน้าเข้าไป
ที่ละน้อยสู่หลุมดำ แต่ไม่สะดุด แต่เริ่มโค้งงอด้วยแรงดึงดูด มีการเปลี่ยนแปลง
ผิดส่วน (Distorted) บูดเบี้ยวเกิดขึ้นหรือคล้ายกับภาพ ซ้อนไปซ้อนมาแบบผิดรูป
เพราะแสงที่ส่องผ่านหลุมดำมีความโค้งงอมายังเรา

ตามทฤษฎี General relativity (สัมพันธภาพทั่วไป) แสดงข้อพิสูจน์เรื่องแสงทำ
ให้วัตถุบิดเบี้ยวโค้งงอ จากแรงโน้มถ่วง เรียกว่า Gravitational lensing แสงที่ส่อง
มาจากดวงอาทิตย์ก็แสดงผลเช่นนั้น แต่น้อยมากเนื่องจากมีระยะใกล้สามารถใช้
เครื่องมือวัดได้ แต่หากยิ่งไกลมากจะเห็นได้ชัดมากขึ้นของความโค้งงอ

Abell 2218 Galaxy Cluster Lens ขนาด 3 พันล้านปีแสง กระจุกกาแล็คซี่
ขนาดใหญ่แสดงให้เห็นความโค้งของแสง จากการผ่านหลุมดำ
ด้วยแรงโน้มถ่วงเกิดจากหลุมดำที่มีทั่วไปจำนวนมากในจักรวาล

Giant Cluster Bends ทั้งหมดกาแล็คซี่จริงๆ มีเพียงอย่าง
ละกาแล็คซี่เท่านั้นแต่ในภาพซ้ำซ้อนอยู่หลายตำแหน่ง
จากการบิดเบี้ยวของแสงผ่านอิทธิพลหลุมดำหลายๆแหล่งก่อนถึงเรา

เมื่อหลุมดำชนปะทะกันเอง

การเข้าใกล้กันระหว่างหลุมดำ มีความเป็นไปได้ที่หลุมดำชนปะทะกัน โดยจะไม่
ดูดกลืนกันเอง แต่กลับรวมตัวกันเป็นหนึ่งเดียวเพิ่มขนาดใหญ่ขึ้น เพิ่มพื้นที่อย่าง
สุดขั้ว น่าอัศจรรย์

ขณะนี้เพียงเป็นการวิเคราะห์ จากซูเปอร์คอมพิวเตอร์ พบว่ามีพลังงานมหาศาล
น่าสยดสยอง เกรงขาม ด้วยการส่งต่อกระเพื่อมไปยัง โครงสร้าง Space-time
เรียกว่า Gravitational waves (คลื่นแรงโน้มถ่วง)

แม้ว่าเป็นเรื่องที่ไม่เคยสำรวจพบ เรารู้ว่าเป็นมหันตภัยครั้งใหญ่ของจักรวาลต่อ
การชนกันของหลุมดำ ตามหลักการแสดงถึงการหมุนเข้าหากันได้ จนถึงกันชน
ปะทะรวมตัวกัน

จากทฤษฎี General relativity (สัมพันธภาพทั่วไป) ความเข้าใจเรื่องนี้มีการทบ
ทวนถึง ผลกระทบต่ออวกาศ แต่ต้องใช้เครื่องมือขนาดใหญ่ เพื่อตรวจจับหาค่า
ใช้เวลานับปีขณะนี้อยู่ใน ระหว่างการสร้างเพื่อ การตรวจจับคลื่นแรงโน้มถ่วงเป็น
ครั้งแรกของโลก

การชนกันของหลุมดำ ด้วยการโคจรแบบ
Black hole binary (โคจรระบบคู่ เป็นตุ้มถ่วงกัน)

อายุขัยของหลุมดำ

เดิมทีเดียวเราไม่เคยรู้จักหลุมดำ ว่าเกิดจากอำนาจแรงโน้มถ่วง แต่เมื่อเกิดการ
ทำลายล้างผลาญจากหลุมดำ ด้วยการหายไป ลดถอยไป ของพลังงานในจักรวาล

ค.ศ.1974 นักฟิสิกส์ได้ใช้กฎเกณฑ์ Quantum mechanics ศึกษาทำให้ทราบถึง
แหล่งพื้นที่ใกล้ๆวงขอบของหลุมดำ เชื่อว่าอนุภาคที่เล็กจิ๋วและแสงเกิดขึ้นนั้นได้
สูญสิ้นถูกทำลาย ย่อยเล็กลงในหลุมดำอย่างไม่ขาดสายต่อเนื่อง บางครั้งแสงซึ่ง
เล็กมากหนีหลุดพ้นจากการทำลาย สู่ด้านนอกหอบเอาพลังออกมาด้วยจนวงรอบ
นอกเรืองแสง เป็นการทำให้หลุมดำ ลดอำนาจลงในที่สุด

แต่ต้องประหลาดใจ ด้วยหลุมดำ มีระบบกำเกิดในจักรวาลได้อย่างสมบูรณ์แบบ
สำหรับหลุมดำแล้ว การมีอุณหภูมิสูงจนเหลือเป็นศูนย์ มีปัญหาของการสูญเสีย
พลังงานเล็กน้อยเท่านั้น หลุมดำต้องใช้เวลานาน แบบนึกไม่ออกเลยว่าเท่าใด
จึงทำให้สูญเสียมวลพลังงานได้ทั้งหมด

แสงที่เกิดขึ้นรอบๆ เป็นบางส่วนของพลังงานหลุดไหลจากหลุมดำ

จักรวาลมีหลุมดำมากน้อยเท่าใด

หลุมดำเป็นระบบท้ายที่สุดของจักรวาล เท่าที่เราทราบในขณะนี้ ด้วยเป็นสิ่งที่มอง
ไม่เห็นการสำรวจเป็นเรื่องยากลำบาก การสำรวจทราบจากการสืบค้นรอบๆของ
หลุมดำ เชื่อว่ามีจำนวนมากมหาศาลจากสมมุติฐานดังนี้

หลุมดำประเภท Stellar-mass black holes เกิดขึ้นหลังจากฉากสุดท้ายของดาว
กาแล็คซี่ ของเรามีดาวไม่น้อยกว่า 100 พันล้านดวง ถ้าเทียบว่า ทุกๆ 1,000 ดวง
มีความหนาแน่น พอที่จะเกิดหลุมดำได้ 1 แห่ง นั้นหมายความว่าต้องมี 100 ล้าน
แห่ง แต่ในประเภทนี้ การสำรวจพอจะระบุได้เพียง 12 แห่ง โดยจุดที่ใกล้ที่สุด
จากโลก 1,600 ปีแสง

หากรวมกาแล็คซี่ในจักรวาล จำนวนมากกว่า 100 พันล้าน ต้องมีหลุมดำประเภท
Stellar-mass black holes อีกมหาศาล

หลุมดำประเภท Supermassive black holes เชื่อว่ามีระหว่าง 100 พันล้านแห่ง
โดยสำรวจทราบว่าอยู่ในใจกลาง Milky Way Galaxy จำนวน 1 แห่ง ห่างจากโลก
26,000 ปีแสง

เครื่องมือที่ใช้สำรวจหลุมดำในอวกาศขณะนี้ ค.ศ.2007

หลุมดำ GRO J1655-40

หลุมดำที่ค้นพบ

หลุมดำ GRO J1655-40 ประเภท Stellar-mass black holes หมุนโคจรท่องไป
ในทางช้างเผือกตามแนวเส้นสีเหลือง ด้วยความเร็ว 400,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง

หลุมดำ XTE J1118+480 ประเภท Stellar-mass black holes พบจุดศูนย์กลาง
พลังสูงมีระบบ Black hole binary system บางครั้งเรียกว่า X-ray nova เพราะมี
การเปลี่ยนแปลงจู่ๆระเบิดขึ้นยาวนานติดต่อกัน 7.5 ชั่วโมง จากที่สงบนิ่งมีระยะ
ทางห่างจากโลก 5,000 ปีแสง เส้นสีแดงแสดงเส้นทางโคจรที่สืบค้นพบระยะทาง
ผ่านมาเป็นเวลา 230 ล้านปี จุดสีเหลืองคือตำแหน่งดวงอาทิตย์ในระบบสุริยะ

Galactic Center (Sgr A*) ใน Milky Way Galaxy ประเภท Supermassive
black holes บริเวณตำแหน่งห่างจากจุดศูนย์กลางทางช้างเผือก 10 ปีแสง มีมวลหนาแน่น 4 ล้านเท่าของดวงอาทิตย์ เป็นสภาพกลุ่มหมอกของก๊าซร้อน
อุณหภูมิสูงระดับ 1,000,0000 องศารอบๆหลุมดำ โดย Shock waves เกิดจาก
การระเบิดตัวของ Supernova พุ่งชนปะทะกับดาวใหม่ ที่มีมวลหนาแน่นอยู่ห่าง
จากโลกระยะทาง 26,000 ปีแสง

หลุมดำ XTE J1118+480

ภาพจริงของหลุมดำ XTE J1118+480

บริเวณ Galactic Center (Sgr A*) Milky Way Galaxy

ภาพบริเวณหลุมดำ Galactic Center (Sgr A*) Milky Way Galaxy

มหัตภัยจากหลุมดำ

แน่นอนในจักรวาล มีมากมายนับจำนวนไม่ได้ อย่างน้อยที่สุดหลุมดำในบริเวณ
Milky Way Galaxy ยังไม่ใกล้พอที่จะทำอันตรายต่อโลก โดยความจริงหลุมดำมี
มานานแล้ว การสำรวจตลอด 10 ปีที่ผ่านมา เราพบหลุมดำเพิ่มขึ้นเรื่อยๆด้วย
เทคโนโลยีด้านเครื่องมือที่ทันสมัยขึ้น

หลุมดำเป็นอันตรายอย่างยิ่งต่อยานอวกาศ ที่ผ่านเข้าสู่เขตรัศมี จะอันตรธานหาย
ไปในทันที ด้วยการเกิดแสงวาวขึ้นเพียงเสี้ยววินาทีเท่านั้น หากตัวเราหลุดเข้าสู่
หลุมดำ ท่าที่หลุดเข้าสู่หลุมดำเป็นท่าเหยียดตรง อย่างรวดเร็ว

หากส่วนขาเข้าสู่หลุมดำก่อน ขาจะแข็งทื่อด้วยแรงกดอัดก่อนศีรษะ หลังจากนั้น
ร่างกายถูกฉีกขาดจากกัน เพียงเสี้ยววินาทีตัวเราหายไปทันที ถูกบีบอัดหนาจน
แบนสู่จุดศูนย์กลางด้าน (จุดพิศวง)

กรณีศึกษา เมื่อมีวัตถุเข้าใกล้หลุมดำสามารถวิเคราะห์สถานะจะเกิดได้ดังนี้
ถ้าวัตถุนั้นเคลื่อนตัวช้า จะถูกดูดกลืนม้วนเข้าไปเหมือนเกลียวสู่หลุมดำ
ถ้าวัตถุนั้นเคลื่อนตัวมีความเร็วปานกลางจะถูกดูดหมุนเวียน อยู่รอบๆปากหลุมดำ
ถ้าวัตถุนั้นเคลื่อนตัวมีความเร็วสูง ต้องหมุนหนีเป็นวงกลม ย้อนออกด้านนอก
จึงจะได้เปรียบ และต้องมีระยะห่างไกลด้วยจึงจะพ้นแรงดูดกลืนได้

แต่ระบบสุริยะ ดวงอาทิตย์ โลก ดาวเคราะห์ต่างๆ หนีไม่พ้น เพราะทั้งหมดของ
ระบบสุริยะเคลื่อนตัวไปด้วยความเร็ว 67,000 ไมล์ต่อชั่วโมง เพราะฉะนั้นคงไม่มี
สิ่งใดสามารถหลุดพ้นอำนาจของหลุมดำได้

เส้นสีฟ้าแสดงเส้นทางการถูกอิทธิหลุมดำดูดกลืน

สภาพอันตรายของหลุมดำ

References :
The National Aeronautics and Space Administration -NASA
Space Telescope Science Institute's Office -Hubble
National Radio Astronomy Observatory
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
Chandra X-ray Center