โดย... ทีมข่าวรายงานพิเศษ
“ดาวเคราะห์โลกมนุษย์ มีขนาดเท่าเม็ดทรายหรือฝุ่นจิ๋วๆ ของหลุมดำนี้เท่านั้น”
หากคุณเป็นมนุษย์โลกทั่วไป คงเคยได้ยินคำว่า “หลุมดำ” จากหนังสือวิทยาศาสตร์ นิยาย เรื่องเล่าต่างๆ มาบ้าง โดยภาพจินตนาการที่เผยแพร่กันจนคิดว่าเป็นภาพจริง คือวงกลมรีใหญ่มีขอบรอบข้างเป็นสีขาวหรือสีแดง ตรงกลางเป็นสีดำสนิท ล้อมรอบด้วยดวงดาวต่างๆ ในท้องฟ้า ทั้งที่จริงแล้วไม่เคยมีมนุษย์คนไหนเคยเห็นภาพหลุมดำมาก่อนในชีวิต จนกระทั่งวันที่ 10 เมษายน 2019 !
คืนนั้นช่วงเวลาประมาณ 2 ทุ่มของประเทศไทย เหล่านักดาราศาสตร์ทั่วโลกต่างพากันนั่งจ้องหน้าคอมพิวเตอร์ หลังจาก “NSF” หรือมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติสหรัฐอเมริกา (National Science Foundation) ประกาศล่วงหน้ามาสักพักว่าจะเผยแพร่ “ถ่ายภาพหลุมดำของจริง” ครั้งแรกในประวัติศาสตร์มนุษย์ โดยเป็นภาพจากความร่วมมือของกล้องโทรทรรศน์ “ETH” (Event Horizon Telescope Collaboration (EHT) จากหลายประเทศทั่วโลก
ในที่สุดภาพที่ปรากฏออกมา สร้างความตื่นเต้นฮือฮาในกลุ่มนักวิทยาศาสตร์ไม่น้อย จากนั้นสื่อโซเชียลนำมาเผยแพร่ทันที รวมถึงสำนักข่าวใหญ่ทั่วโลกพร้อมใจขึ้นเป็นข่าวพาดหัวทั้งทีวี หนังสือพิมพ์ เว็บไซต์ เฟซบุ๊ก ทวิตเตอร์ ไอจี ฯลฯ
แต่สำหรับคนปกติทั่วไปอาจรู้สึกเฉยๆ เพราะดูแล้วก็รูปร่างเหมือน “ขนมโดนัทสีส้มตรงกลางเป็นสีดำ” หรือคล้ายภาพกราฟฟิกอวกาศทั่วไป ไม่ได้มีลักษณะอะไรเป็นพิเศษ แต่ถ้าใครรู้ถึงเบื้องหลังความเป็นมาของ “ภาพหลุมดำแรกของโลก” ที่ถูกตั้งชื่อว่า “หลุมดำ M87” อาจเปลี่ยนความคิด ยอมรับว่านี่คือชัยชนะของเทคโนโลยีดาราศาสตร์จริงๆ
ทำไมต้องตั้งชื่อว่า “M87” หรือ Messier 87 เพราะผู้ค้นพบคนแรก คือ ชาร์ลส เมซีเย บรรพบุรุษนักดาราศาสตร์ชาวฝรั่งเศสที่ยิ่งใหญ่ เสียชีวิตไปเมื่อวันที่ 12 เมษายน 1817 นับได้ 200 ปีที่แล้วพอดี “เมซิเย” มีชื่อเสียงจากการอุทิศตัวเองนั่งเฝ้านอนเฝ้ามองดูดวงดาวบนท้องฟ้า และไม่ได้ดูเฉยๆ แต่พยายามบันทึกแผนที่ทางดาราศาสตร์ไว้ด้วยว่ากระจุกดาวหรือวัตถุบนท้องฟ้าต่างๆ อยู่บริเวณไหนบ้าง ด้วยกล้องส่องดูดาวทันสมัยที่สุดในสมัยของเขา บันทึกนี้เรียกกันว่า “เมซิเย คาตาล็อก” (Catalogue des Nébuleuses et des Amas d'Étoiles) เป็นฐานข้อมูลบันทึกกาแล็กซีที่เขาค้นพบ 103 รายการ โดยหนึ่งกาแล็กซีที่บันทึกไว้คือ “M87” หรือการพบเป็นรายการที่ 87 นั่นเอง
กาแล็กซี กับ หลุมดำ หมายถึงอะไร?
อธิบายง่ายๆ ว่า จักรวาล หรือ Universe ประกอบด้วยกาแล็กซีมากมายมหาศาล พวกเราอาศัยอยู่ในดาวเคราะห์ชื่อว่า “โลกมนุษย์” (Earth) เป็นดาวเคราะห์ลำดับที่ 3 หมุนรอบดวงอาทิตย์ดวงหนึ่ง ซึ่งอยู่ภายใต้ “กาแล็กซีทางช้างเผือก” (The Milky Way Galaxy) ในกาแล็กซีแต่ละแห่งประกอบไปด้วยดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์เป็นแสนล้านดวง และยังมีแก๊ส ฝุ่น ดาวเคราะห์ มากมายมหาศาล และในแต่ละกาแล็กซีมักมี “หลุมดำ” (Black Hole) ที่มองไม่เห็นดูดกลืนทุกอย่างเข้าไปเผาไหม้ เปรียบเสมือน “สุสานของวัตถุในอวกาศ”
จนถึงวันนี้ยังไม่มีมนุษย์นักวิทยาศาสตร์คนไหนบอกได้ ยูนิเวิร์ส หรือ จักรวาลมีกี่กาแล็กซี เพียงแค่ยืนยันจากงานวิจัยศึกษาแบบจำลองของภาพถ่ายกล้องโทรทรรศน์อวกาศ ซึ่งบันทึกไว้ไม่ต่ำกว่า 20 ปีที่ผ่านมา ภายในจักรวาลอาจมี กาแล็กซีอยู่ไม่ต่ำกว่า 2 ล้านล้านแห่ง โดยสังเกตจากวัตถุที่เปล่งแสงหรือคลื่นวิทยุมาถึงโลก
หลายคนเริ่มสงสัยว่า ในเมื่อหลุมดำมีอยู่ในกาแล็กซีเป็นล้านๆ แห่ง แล้วทำไมวงการนักวิทยาศาสตร์โดยเฉพาะนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ ต้องตื่นเต้น หรือบางคนถึงกับตื่นตะลึงกับภาพหลุมดำที่อยู่บริเวณใจกลางของ “แกแลกซี M87” ?
“รศ.บุญรักษา สุนทรธรรม” ที่ปรึกษาสถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ อธิบายความมหัศจรรย์ของภาพหลุมดำคล้ายโดนัทสีส้มให้ทีมข่าว “คม ชัด ลึก” ฟังว่า ที่ผ่านมาหลายร้อยปีตั้งแต่มนุษย์ยังไม่มีกล้องส่องดูดาว พวกเราพยายามนอนมองท้องฟ้าแล้วจินตนาการว่า ในห้วงอวกาศที่มีแต่ความมืดมิดนั้น มีวัตถุอะไรนอกโลกใบนี้อยู่บ้าง พยายามคิดค้นเครื่องมือส่องดูดาวและทฤษฎีต่างๆ มาอธิบายว่าโลกมนุษย์เกิดขึ้นมาได้อย่างไร และจะแตกดับไปได้อย่างไร ซึ่งหนึ่งในนั้นคือการทำความเข้าใจกับ “หลุมดำ” ในกาแล็กซีนั่นเอง ถึงจะตอบปริศนาของมนุษย์โลกได้
“การถ่ายภาพวัตถุบนท้องฟ้าในปัจจุบันทำได้ 2 วิธีคือ บันทึกจากพลังงานแสงที่เปล่งออกมา และจากคลื่นวิทยุ เราถ่ายภาพดวงดาว อุกกาบาตหรือวัตถุอื่นในจักรวาลนี้ได้หลายอย่างแล้ว แต่ยังไม่เคยถ่ายภาพหลุมดำได้ แม้แต่เมซิเยที่ใช้กล้องโบราณก็บันทึกได้จากการคาดเดาของแสงจากกาแล็กซี M87 ที่มีความใหญ่มหาศาล เป็นหลุมดำใหญ่สุดที่มนุษย์เคยพบ หรือเรียกว่าหลุมดำมวลขนาดยักษ์ Supermassive Black Hole เป็นความร่วมมือในการใช้เครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุช่วงความถี่สูง จำนวน 8 ตัว ที่ตั้งอยู่ในประเทศต่างๆ ทั่วโลกช่วยกันบันทึกคลื่นในจุดที่อยู่ของกาแล็กซี เมซิเย87”
รศ.บุญรักษา เล่าต่อว่า ความร่วมมือในการบันทึกคลื่นวิทยุนั้น เกิดขึ้นเมื่อ 2 ปีที่แล้ว หลังจากได้กล้องโทรทรรศน์อีเอชที หรือ Event Horizon Telescope ที่ใช้คลื่นวิทยุความถี่สูงของหอดูดาวจากสถาบันดาราศาสตร์ 8 แห่งทั่วโลก ได้แก่ อเมริกา สเปน เม็กซิโก ในฮาวาย 2 แห่ง ชิลี 2 แห่ง และตั้งอยู่ขั้วโลกใต้อีก 1 แห่ง หลังจากสังเกตการณ์และรับสัญญาณคลื่นวิทยุแล้ว ก็ต้องใช้เทคนิคทางคอมพิวเตอร์มาช่วยประมวลผล โดยใช้เวลากว่า 2 ปี หลังจากได้คลื่นหลุมดำ M87 มา เพื่อให้นักดาราศาสตร์และนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์จากสถาบันต่างๆ ช่วยวิเคราะห์และยืนยันภาพเหล่านี้ซ้ำแล้วซ้ำเล่า กว่าจะประกาศถ่ายทอดเผยแพร่มายังคนทั่วไปพร้อมกัน
“ผมก็รอดูพร้อมกับทุกคน ตอนเห็นภาพจริงรู้สึกตื่นเต้นเหมือนกันนะ เพราะไม่น่าเชื่อเลยว่าภาพจริงจะคล้ายกับภาพกราฟฟิก ที่พวกเราคิดและจินตนาการมาตลอดว่าคล้ายๆ แบบนี้ ถ้าเปรียบเทียบกับขนาดของโลกมนุษย์หลุมดำ M87 ใหญ่แค่ไหน ตอบคร่าวๆ ได้เลยว่า โลกเรามีขนาดเท่าเม็ดทรายหรือฝุ่นจิ๋วๆ ของหลุมดำนี้เท่านั้น อย่าลืมว่าจักรวาลมืดมิดไม่มีแสง และกาแลกซีนี้อยู่ห่างออกไปจากโลก การตรวจจับคลื่นแล้วประมวลผลออกมาได้ ต้องเป็นคลื่นวิทยุจากหลุมดำที่ขนาดใหญ่มหาศาล ขอชื่นชม เคธี โบแมน นักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ที่ช่วยเอาข้อมูลประมาณ 1 ล้านกิกะไบต์ จากหอดูดาวทั้งหมดมาประมวลผล พวกเราถึงได้เห็นความมหัศจรรย์ของหลุมดำภาพจริงๆ ครั้งแรก” รศ.บุญรักษา กล่าวด้วยน้ำเสียงตื่นเต้น
“ภาพจริงแกแล็กซีหลุมดำ M87” ถูกเผยแพร่ออกมาพร้อมทั้งข้อมูลเชิงลึกที่น่าสนใจ 2 ข้อคือ
หลุมดำนี้อยู่ห่างไกลจากโลกแค่ไหน ?
M87 เป็นกาแล็กซีที่คาดว่าอยู่ห่างจากโลกประมาณ 55 ล้านปีแสง เปรียบเทียบง่ายๆ คือ โลกอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ประมาณ 150 ล้านกิโลเมตร โดยแสงใช้เวลาเดินทางประมาณ 8.3 นาที หมายถึง แสงที่เราเห็นทุกวันนี้คือแสงที่เดินทางมาจากดวงอาทิตย์เมื่อ 8.3 นาทีที่แล้ว ดังนั้นแสงที่ได้จากหลุมดำ M87 ต้องใช้เวลาเดินทางไม่ต่ำกว่า 55 ล้านปีแสงกว่ามนุษย์จะมองเห็น
“แกแล็กซีหลุมดำ M87” มีมวลน้ำหนักเท่าไร ?
หลุมดำ M87 มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 40,000 ล้านกิโลเมตร เปรียบเทียบกับดวงอาทิตย์แล้วหนักมากกว่า 6,500 ล้านเท่า โดย ดวงอาทิตย์มีน้ำหนักมากกว่าโลก 3.3 แสนเท่า นั่นคือเหตุผลที่นักดาราศาสตร์เรียกว่าเป็นหลุมดำมวลขนาดยักษ์ (Supermassive Black Hole) และนี่ก็คือเหตุผลที่เรายังไม่สามารถบันทึกภาพจริงของหลุมดำกาแล็กซีทางช้างเผือกได้ แม้ว่าอยู่ใกล้โลกมนุษย์มากกว่า เนื่องจากขนาดของหลุมดำยังไม่ใหญ่มากพอและมีฝุ่นของวัตถุต่างๆ ในห้วงอวกาศบดบังไว้
แต่ยังมีคำถามอีกข้อหนึ่งที่สำคัญมากคือ มนุษย์โลกจะได้ประโยชน์อะไรจากภาพหลุมดำ M87 ?
“รศ.บุญรักษา” ในฐานะผู้เชี่ยวชาญด้านดาราศาสตร์แห่งชาติ อธิบายว่า สิ่งที่นักดาราศาสตร์อยากค้นพบคือรายละเอียดต่างๆ ของดาวดวงอื่นนอกจากโลกมนุษย์ ภาพหลุมดำนี้ ทำให้พวกเราตื่นเต้นเพราะเป็นการยืนยันความถูกต้องของ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (general theory of relativity) ของ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ซึ่งอธิบายเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วง ว่าเป็นเรื่องของความโค้งของ “กาล” และ “อวกาศ” เพราะวงกลมรีสีส้มแดงในรูปนี้แสดงให้เห็นชัดเจนถึงความโค้งและการบิดงอ สัมพันธ์กับแรงดึงดูดที่เกิดขึ้นและพลังงานมหาศาลรอบหลุมดำ
“สรุปง่ายๆ คือ มนุษย์ได้ประโยชน์แน่นอนจากเทคโนโลยีการถ่ายภาพนี้ เชื่อว่าในอนาคตอีกไม่เกิน 10 ปี เราจะสามารถถ่ายภาพพื้นผิวของดาวเคราะห์ที่มีลักษณะเหมือนโลกมนุษย์ได้อีกหลายดวง ตอนนี้เจอ 3,000 ดวงแล้ว แต่มีประมาณสิบดวงแล้วที่มีคุณสมบัติใกล้เคียงโลกมาก ทำให้อยากเห็นภาพพื้นผิวชัดๆ เพื่อวิเคราะห์ว่ามีน้ำหรือมีบรรยากาศอย่างไรบ้าง นอกจากนี้ภาพหลุมดำของจริง ยังนำไปสู่การพิสูจน์ทฤษฎีฟิสิกส์ดาราศาสตร์อีกหลายสำนัก ความรู้เหล่านี้จะค่อยๆ เติบโตขึ้นจนพวกเราเข้าใจต้นกำเนิดจักรวาลที่เรากำลังอาศัยอยู่”
“องค์ความรู้เรื่องหลุมดำ” ทำให้มนุษย์เริ่มรู้สึกตัวว่า ไม่ได้อยู่อย่างโดดเดี่ยวในกาแล็กซีทางช้างเผือก อาจมีสิ่งมีชีวิตอื่นๆ อาศัยในจักรวาลเช่นกัน เพียงแต่เทคโนโลยีด้านอวกาศยังไม่พัฒนามากพอ ที่จะทำให้พวกเราหาพวกเขาเจอเท่านั้นเอง !
ประเภทของ “หลุมดำ”
หลุมดำเป็นแหล่งรวมสสารในอวกาศที่มีแรงดึงดูดสูงมาก สามารถดูดทุกสิ่งที่หลงเข้าไปใกล้รัศมีของได้ ไม่เว้นแม้แต่แสงแบ่งเป็น 3 ประเภท
1.หลุมดำจิ๋ว (Mini black holes) ขนาด 10-15 เมตร มีอายุสั้นและสลายตัวด้วยการระเบิด แล้วปลดปล่อยรังสีแกมมาออกมา
2.หลุมดำจากดาวฤกษ์ตายแล้ว (Stellar black holes) ดาวฤกษ์ที่มีมวลมากๆ เมื่อหมดอายุขัยแล้วระเบิดขึ้นมา โดยหลงเหลือมวลสารที่ใจกลางไว้ ก่อนยุบตัวลงกลายเป็นหลุมดำ
3.หลุมดำมวลขนาดยักษ์ หรือ “หลุมดำมวลยิ่งยวด” (Supermassive black holes) หลุมดำที่มีขนาดและน้ำหนักมหาศาลหลายล้านเท่าของดวงอาทิตย์ เช่น หลุมดำกาแล็กซี M87, หลุมดำ Sagittarius A ที่ตั้งอยู่ใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือก
ข่าวที่เกี่ยวข้อง