คุณรู้จักหลุมดำดีแค่ไหน?

หลุมดำ (BLACK HOLE)

นักวิทยาศาสตร์ได้พบว่า หากเรามีดาวฤกษ์ดวงหนึ่งที่มีมวลประมาณ 10 เท่าของดวงอาทิตย์ ดาวฤกษ์ดวงนี้ จะปลดปล่อยพลังงานความร้อน และพลังงานแสงออกมา ตลอดระยะเวลาอันยาวนานร่วม 1,000 ล้านปี โดยอาศัยปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เกิดในดาว ซึ่งจะเปลี่ยนธาตุไฮโดรเจนเป็นธาตุฮีเลียม พลังงานต่างๆ ที่ดาวฤกษ์ปลดปล่อยออกมานี้ จะทำให้เกิดแรงดันสูงมากพอที่จะต้านแรงดึงดูดแบบโน้มถ่วง (gravity) ซึ่งจะทำให้ดาวยุบตัวลง ได้อย่างสบายๆ มีผลทำให้ดาวฤกษ์ มีรัศมียาวประมาณห้าเท่า ของดวงอาทิตย์ และสำหรับดาวฤกษ์ที่มีขนาดใหญ่ และมีมวลมหาศาลเช่นนี้ หากมนุษย์อวกาศคนใดต้องการจะขับจรวดหนีให้พ้นจากสนามแรงดึงดูดของดาว จรวดของเขาจะต้องมีความเร็วอย่างน้อยที่สุดก็ 1,000 กิโลเมตร/วินาที นั่นก็หมายความว่า หากจรวดของเขามีความเร็วน้อยกว่านี้ เขาและจรวดจะถูกแรงดึงดูดแบบโน้มถ่วงของดาวดึงดูดให้ตกกลับลงมาอีก แต่ถ้าจรวดของเขามีความเร็วสูงกว่า 1,000 กิโลเมตร/วินาที เขา และจรวดก็จะหลุดพ้นดาวไปชั่วนิจนิรันดร์ ส่วนโลกของเรา ความเร็วที่ จะทำให้จรวดหลุดพ้นจากสนามแรงดึงดูด ของโลกนั้นอยู่ที่ 11 กิโลเมตร/วินาทีเท่านั้นเอง ดังนั้นเวลาเราฉายแสงสู่อวกาศ ความเร็วของแสงที่สูงถึง 3 แสนกิโลเมตร/วินาที จึงทำให้แสงพุ่งหนีโลกไปได้สบายๆ เมื่อเป็นเช่นนี้คำพังเพย ที่ว่าอะไรที่ขึ้นไปแล้วต้องลงนั้น ไม่จริง เพราะถ้าเขาคนนั้นหรือสิ่งนั้นๆ มีความเร็วสูงกว่า 11 กิโลเมตร/วินาที ก็จะหลุดโลกทันที และเมื่อดาวฤกษ์ดวงที่กล่าวมานี้ เผาผลาญเชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่มีในตัว จนหมดสิ้น ปฏิกิริยานิวเคลียร์ในดาวฤกษ์ดวงนั้น ก็จะหยุด แรงดันที่เดิมเคยมากมหาศาล ก็จะอันตรธานไป เมื่อไม่มีแรงดันภายในใดๆ แรงดึงดูดแบบโน้มถ่วง ที่มีในดาวอยู่ตลอดเวลา ก็จะเริ่มแสดงพลังดาวทั้งดวง จะถูกแรงดึงดูดแบบโน้มถ่วงกระทำ ทำให้ดาวหดตัวลงๆ ความจริงนี้มีอยู่ว่า ดาวยิ่งเล็ก (แต่มวลเท่าเดิม) แรงดึงดูดแบบโน้มถ่วง ที่ผิวดาวจะยิ่งมาก เมื่อรัศมีของดาวลดลงเหลือ เพียง 30 กิโลเมตร (จาก 7 ล้านกิโลเมตร) ความหนาแน่นของดาวจะสูงถึง 1 ล้านล้านตัน/ลูกบาศก์เมตร ในสถานการณ์ เช่นนี้ความเร็วของจรวด ที่จะทำให้มันหลุดพ้น จากสนามแรงดึงดูดของดาวจะต้องสูงถึง 299,792.458 กิโลเมตร/วินาที (จากเดิม 1,000 กิโลเมตร/วินาที) ซึ่งตัวเลขความเร็วนี้แสดงว่าจรวด จะต้องมีความเร็วเท่ากับแสงและเมื่อดาวลดขนาดลงอีก ความเร็วที่จะทำให้จรวดหลุดพ้น จากดาวก็ยิ่งเพิ่มสูงยิ่งขึ้นไปอีก ก็ในเมื่อไม่มีเทหวัตถุใดๆ ในจักรวาลจะมีความเร็วสูงยิ่งไปกว่าแสง นั่นก็แสดงว่าแม้แต่แสงเองก็ไม่สามารถ จะพุ่งหนีจากผิวดาว ที่มีขนาดเล็กนี้ได้อีกต่อไป ดาวจะดึงดูดแม้แต่แสง ให้กลับตกลงสู่ผิวดาวหมด ทำให้โลกภายนอกไม่สามารถรับ หรือเห็นแสงจาดวงดาวนี้ได้เลย และเมื่อไม่มีแสงใดๆ จากวัตถุเข้าตา เราก็มองวัตถุนั้นไม่เห็น นักวิทยาศาสตร์เรียกวัตถุ ที่สามารถดึงดูดสสารและแสงได้ เช่นนี้ว่าหลุมดำ (black hole)

หลุมดำยักษ์คู่

ดาราจักร NGC 6240 อยู่ห่างจากโลก 400 ล้านปีแสง เป็นดาราจักรที่นักดาราศาสตร์ใช้เป็นตัวอย่างในการศึกษาดาราจักรที่มีอัตราการกำเนิดดาวฤกษ์สูงซึ่งเกิดจากการชนและรวมกันของดาราจักรสองดาราจักร การสำรวจดาราจักรนี้ก่อนหน้านี้ด้วยกล้องโทรทรรศน์รังสีเอกซ์ พบว่ามีการแผ่รังสีเอกซ์มาจากใจกลาง ส่วนการสำรวจด้วยรังสีอินฟราเรดและคลื่นวิทยุพบว่ามีนิวเคลียสสว่างสองนิวเคลียส แต่ยังไม่ทราบว่าสภาพที่แท้จริงของใจกลางของดาราจักรนี้เป็นอย่างไร ส่วนการสำรวจในย่านแสงที่ตามองเห็นช่วยให้คำตอบได้ไม่มากนักเนื่องจากใจกลางดาราจักรนี้มีก๊าซหนาทึบ การสำรวจดาราจักรนี้โดยนักดาราศาสตร์จากสถาบันฟิสิกส์นอกโลกมักซ์พลังค์ องค์การวิจัยอวกาศเนเธอร์แลนด์ และมหาวิทยาลัยแมรีแลนด์เมื่อเร็ว ๆ นี้โดยใช้หอสังเกตการณ์จันทรา โดยใช้อุปกรณ์เอซีไอเอสถ่ายภาพ NGC 6240 เป็นเวลา 10.3 ชั่วโมง พบโฟตอนพลังงานสูงจากก๊าซที่เคลื่อนที่วนรอบนิวเคลียส และการแผ่รังสีเอกซ์จากอะตอมเหล็กที่เรืองแสงใกล้ ๆ นิวเคลียส เป็นการพิสูจน์ว่ารังสีเอกซ์แผ่มาจากหลุมดำยักษ์ที่อยู่ในนิวเคลียสทั้งสองนั้นเอง นับเป็นครั้งแรกที่มีการพบหลุมดำยักษ์สองดวงในดาราจักรเดียวกัน นอกจากนี้ยังพบว่าหลุมดำยักษ์ทั้งสองดวงต่างก็เป็นหลุมดำยักษ์กัมมันต์ทั้งคู่อีกด้วย การสำรวจดาราจักรนี้โดยนักดาราศาสตร์จากสถาบันฟิสิกส์นอกโลกมักซ์พลังค์ องค์การวิจัยอวกาศเนเธอร์แลนด์ และมหาวิทยาลัยแมรีแลนด์เมื่อเร็ว ๆ นี้โดยใช้หอสังเกตการณ์จันทรา โดยใช้อุปกรณ์เอซีไอเอสถ่ายภาพ NGC 6240 เป็นเวลา 10.3 ชั่วโมง พบโฟตอนพลังงานสูงจากก๊าซที่เคลื่อนที่วนรอบนิวเคลียส และการแผ่รังสีเอกซ์จากอะตอมเหล็กที่เรืองแสงใกล้ ๆ นิวเคลียส เป็นการพิสูจน์ว่ารังสีเอกซ์แผ่มาจากหลุมดำยักษ์ที่อยู่ในนิวเคลียสทั้งสองนั้นเอง นับเป็นครั้งแรกที่มีการพบหลุมดำยักษ์สองดวงในดาราจักรเดียวกัน นอกจากนี้ยังพบว่าหลุมดำยักษ์ทั้งสองดวงต่างก็เป็นหลุมดำยักษ์กัมมันต์ทั้งคู่อีกด้วย การค้นพบหลุมดำคู่ในครั้งนี้เป็นการสนับสนุนทฤษฎีทีกล่าวว่าหลุมดำสามารถรวมกันและมีขนาดใหญ่ขึ้นได้ และช่วยให้นักดาราศาสตร์ได้เข้าใจถึงการกำเนิดและวิวัฒนาการของหลุมดำได้เป็นอย่างดี ขณะนี้หลุมดำคู่ของ NGC 6240 อยู่ห่างกัน 3,000 ปีแสง กำลังเคลื่อนที่เข้าใกล้กันเรื่อย ๆ ภายในอีกไม่กี่ร้อยล้านปีข้างหน้า หลุมดำทั้งสองจะรวมกันเป็นหนึ่งเดียว กลายเป็นหลุมดำยักษ์ที่ใหญ่กว่าเดิม แผ่คลื่นความโน้มถ่วงรุนแรงออกมาโดยรอบ คลื่นความโน้มถ่วงนี้จะทำให้ปริภูมิโดยรอบพลิ้วไหวเป็นระลอก ซึ่งส่งผลให้ระยะห่างระหว่างวัตถุต่าง ๆ เปลี่ยนแปลงเล็กน้อย องค์การนาซาได้มีโครงการที่จะติดตั้งเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงนี้ในอวกาศ มีชื่อว่า ลิซา (LISA--Laser InterferometerSpace Antenna) เมื่อติดตั้งเสร็จสมบูรณ์แล้ว คาดว่าจะสามารถตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงที่เกิดจากเหตุการณ์คล้าย ๆ กันนี้ได้ นักดาราศาสตร์สันนิษฐานว่า ในเอกภพที่มองเห็นนี้มีการกำเนิดคลื่นความโน้มถ่วงครั้งใหญ่ ๆ ถึงปีละหลายครั้ง
ดาราจักร NGC 6240 ถ่ายโดยหอสังเกตการณ์จันทรา เกิดจากการชนกันของดาราจักรสองดาราจักรในอดีตซึ่งทำให้มีรูปร่างเหมือนผีเสื้อ และมีหลุมดำยักษ์สองดวง (ภาพจาก NASA/CXC/MPE/S.Komossa et al)

ที่มาSpaceflight Now