ภาพเคลื่อนไหวที่เห็นนี้เป็นผลงานของ Jeremy Schnittman จาก NASA เขาจะได้จำลองภาพเคลื่อนไหวของหลุมดำตามทฤษฎี (ซึ่งก็มาจากไอน์สไตน์เสียส่วนใหญ่) จุดที่อยากให้ทุกคนสังเกตมีดังนี้ครับ
1. หลุมดำไม่มีแสงในตัวเอง
อันนี้สำคัญมาก แต่ภาพจำลองนี้เกิดจากเงื่อนไขที่สำคัญคือ เราจะเห็นหลุมดำได้ เมื่อมันกำลังกลืนกินดาวฤกษ์หรือกลุ่มเมฆแก๊ส และถูกเร่งความเร็วอีกทั้งผลจากแรงเสียดทานขณะวิ่งชนกันไปมา กระทั่งมีอุณหภูมิสูงมากจนปลดปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาให้เราตรวจจับได้ จึงพอประมาณขนาดหรือเห็นหลุมดำได้โดยอ้อม ส่วนมากจะจับได้จากรังสีเอกซ์
2. แสงที่มาจากด้านซ้ายจะสว่างกว่าด้านขวา
ถ้ากำหนดให้กลุ่มแก๊สร้อนไหลวนจากซ้ายไปขวา แสงที่มาจากกลุ่มแก๊สด้านซ้ายจะพุ่งตรงมายังผู้สังเกตจะมีความสว่างมากกว่า เมื่อเทียบกับขณะที่เมื่อแก๊สไหลวนไปทางขวา แสงจะสว่างน้อยกว่า(วิ่งออกจากผู้สังเกต) นี่เป็นผลพวงจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป – แรงโน้มถ่วงสูงจากหลุมดำทำให้แสงเบนหรือถูกเปลี่ยนทิศทางได้นั่นเอง (สังเกตจากรูป)
3. เส้นสว่าง/ดำบนจานพอกพูนมวล – Accretion Disk
Accretion Disk เป็นบริเวณที่มีสสารจำพวกแก๊สร้อน วิ่งไหลวนรอบ ๆ หลุมดำ และจุดสังเกตที่สำคัญบน Accretion Disk ก็คือ บางช่วงเส้นวิ่งของแก๊สร้อนสว่าง และดำสลับกันนั้นเป็นผลมาจากความปั่นป่วนของสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นและแผ่ผ่านแก๊สเหล่านั้น นอกจากนี้แก๊สที่วิ่งใกล้ๆ หลุมดำจะมีความเร็วใกล้แสง ในขณะที่ห่างไกลหน่อยจะมีความเร็วลดลง จึงทำให้เกิดลวดลายเส้นสว่าง/ดำ ในบางบริเวณ
4. ทำไมหลุมดำดูคล้ายลูกนัยน์ตาคน
ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ หลุมดำมวลมากจะทำให้กาลอวกาศ (Space time) ถูกบิดเบี้ยวไปมา คล้ายเอาของหนักวางบนแผ่นผ้าใบที่ขึงตึง นอกจากนี้แสงยังเดินทางเป็นเส้นโค้งภายใต้สภาวะความโน้มถ่วงสูงแบบนี้ จึงทำให้เกิดภาพส่วนโค้งด้านบน และส่วนโค้งด้านล่างที่เป็นลวดลายของแสงที่มาจาก “อีกฟาก” ของ Accretion Disk เราจึงเห็นหลุมดำดูคล้ายลูกนัยน์ตาคนนั่นเอง
5. เส้นแถบสว่างเส้นเล็ก ๆ บาง ๆ ใกล้โซนมืดของหลุมดำ
เส้นสว่าง เล็กๆ บาง ๆ มีชื่อเฉพาะว่า Photon ring ซึ่งจะค่อย ๆ เรืองแสง และบางขึ้นเรื่อย ๆ เป็นผลพวงจากแสงที่วิ่งเป็นวงกลมรอบหลุมดำ 2 – 3 รอบ หรือมากกว่า จนกระทั่งหายไปจากการรับรู้ของสายตาเรา เนื่องจากหลุมดำที่จำลองนี้มีโครงสร้างเป็นทรงกลม ทำให้ photon ring ที่เห็นนี้จะเห็นเหมือนกันหมด ไม่ว่าจะมองจากมุมไหนก็ตาม (ถ้ามีโอกาสได้มองจริง ๆ อ่ะนะ) และลึกลงจาก photon ring คือ โซนมืดของหลุมดำ (Black hole’s shadow) จะมีขนาดพื้นที่เป็น 2 เท่าของ Event Horizon – ซึ่งคือบริเวณที่หลุดเข้าไปจะไม่สามารถย้อนกลับมาได้ (point of no return)
เรียบเรียงโดย Einstein@min
Sources :
[1] NASA visualization shows a black hole’s warped world. phys.org 2019 : https://phys.org/…/2019-09-nasa-visualization-black-hole-wa…
