ทำไมหลุมดำยักษ์ใหญ่ใจกลางทางช้างเผือกกลืนกินดาวฤกษ์ที่อยู่รอบ ๆ ตัวมัน



กาแล็กซีทุกกาแล็กซีมักจะมีหลุมดำมวลยิ่งยวดอยู่บริเวณใจกลางของกาแล็กซีนั้น ในกาแล็กซีทางช้างเผือกที่เราอาศัยอยู่ก็มีหลุมดำอยู่ ณ บริเวณใจกลางเช่นกัน หลุมดำที่มีมวลมหาศาลที่อยู่บริเวณใจกลางกาแล็กซีของเรามีชื่อว่า Sagittarius A* หรือจะเรียกว่า  Sgr A* ก็ได้

เมื่อไม่นานมานี้ นักดาราศาสตร์ได้สังเกตเห็นการพุ่งตัวของก๊าซที่อยู่บริเวณใกล้ ๆ กับหลุมดำ Sgr A* และในตอนนี้พวกเขาก็กำลังเฝ้าจับตามองดาวฤกษ์จำนวนหลายดวงที่อยู่ใกล้กับบริเวณของหลุมดำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งคือดาว S2 ซึ่งพวกเขาเชื่อว่าดาว S2 กำลังจะทำให้พวกเขาได้ทดสอบทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ได้

หลุมดำกำลังจะกลืนกินดาวฤกษ์

ดาวฤกษ์ S2 ที่กำลังโคจรเขาใกล้หลุมดำนั้นเป็นดาวฤกษ์ที่มีอายุที่น้อยและมีขนาดใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ถึง 15 เท่า และเป็นดาวฤกษ์ในบริเวณที่อยู่ใกล้กับหลุมดำ ไม่ใช่แค่เพียงดาวดวงนี้ดวงเดียวเท่านั้นยังมีดาวฤกษ์อีกหลายดวงที่โคจรอยู่รอบ ๆ บริเวณใจกลางของกาแล็กซีทางช้างเผือก

แต่ดาวฤกษ์ S2 ถูกจับตามองเป็นพิเศษก็เพราะว่ามันกำลังโคจรเข้าไปใกล้กับหลุมดำในเขตที่อันตราย และในช่วงปีนี้คือช่วงที่ดาวฤกษ์ได้โคจรเข้าไปใกล้กับหลุมดำมากเป็นพิเศษ นักดาราศาสตร์จึงคอยเฝ้ามองมันอยู่ตลอดเวลา เพื่อสังเกตการเคลื่อนที่ของมันและปฏิกิริยาต่าง ๆ ที่อาจจะทำให้ได้ซึ่งข้อมูลของหลุมดำ ณ บริเวณใจกลางทางช้างเผือกมากขึ้นกว่าเดิม

รูปภาพแสดงวงโคจรของดาวฤกษ์ที่โคจรรอบอยู่รอบหลุมดำ มวลยิ่งยวดใจกลางทางช้างเผือก ที่มา Keck Observatory/UCLA Galactic Center Group.

ทีมนักดาราศาสตร์จาก UCLA นำทีมโดย Dein Chu ได้ตรวจสอบและวิเคราะห์วงโคจรของดาวฤกษ์รอบหลุมดำ Sgr A* พวกเขาบอกว่าดาวฤกษ์ S2 มีวงโคจรเป็นวงรีรอบหลุมดำ Sgr A* ซึ่งจะใช้เวลาประมาณ 15 ปีในการโคจรครบหนึ่งรอบและมันมีเส้นผ่านศูนย์กลางของวงโคจรอยู่ที่ประมาณ 300 พันล้านกิโลเมตร

ตอกย้ำทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์

เมื่อวันที่ 19 พฤษภาคม ค.ศ. 2018 ดาวฤกษ์ S2 ได้โคจรเข้าไปใกล้หลุมดำมากขึ้น แรงโน้มถ่วงของหลุมดำจะกระทำต่อดาวฤกษ์ S2 อย่างมาก มันจะเร่งความเร็วในการเคลื่อนที่ของดาวฤกษ์ให้ได้ประมาณ 6,000 กิโลเมตรต่อวินาที ซึ่งด้วยความเร็วนี้มันเร็วพอที่จะข้ามทวีปไปสู่สหรัฐได้ภายในเวลาไม่ถึงนาทีด้วยซ้ำ

ดาวฤกษ์ที่โคจรรอบ Sgr A* มีความเร็วเพิ่มขึ้นในขณะที่โคจรเข้าใกล้หลุมดำ ที่มา Vox.com

ก่อนอื่นต้องขออธิบายทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์แบบง่าย ๆ ก่อนก็คือเมื่อเราโยนเอานาฬิกาเข้าไปใกล้บริเวณที่มีแรงโน้มถ่วงสูงมาก (หลุมดำ) เวลาที่นาฬิกาอยู่ในบริเวณที่มีแรงโน้มถ่วงสูงมากก็จะช้ากว่าเวลาที่อยู่ในบริเวณที่ความโน้มถ่วงน้อย

ผลที่ตามมาจากการช้าลงของเวลา คือ การเลื่อนไปทางสีแดงของความถี่เนื่องจากความโน้มถ่วง (gravitational redshift) กล่าวคือ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เดินทางออกจากบริเวณที่มีความโน้มถ่วงสูงไปสู่บริเวณที่มีความโน้มถ่วงต่ำจะมีความถี่ลดลง และในทางกลับกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เดินทางเข้าสู่บริเวณที่มีความโน้มถ่วงสูงจะมีความถี่มากขึ้น

และการที่ดาว S2 เคลื่อนที่เร็วขึ้นถึง 3% ของความเร็วแสง และแสงของดาว S2 ได้ถูกทำให้มีความยาวคลื่นที่ยาวขึ้นกว่าเดิมด้วยแรงโน้มถ่วงที่มากมาย ในช่วงที่เข้าใกล้หลุมดำ Sgr A* ปรากฎการณ์นี้เป็นไปตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ที่ได้กล่าวไว้จริง และถือเป็นการพิสูจน์ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปอีกครั้งและมันก็เป็นจริงตามที่นักดาราศาสตร์ได้คาดหวังไว้

S2 กำลังโคจรเข้าใกล้ SgrA* ที่มา ESO/Gravity Consortium/L. Calçada

ในครั้งนี้นักดาราศาสตร์ก็ได้ยืนยันการมีอยู่จริงของหลุมดำมวลยิ่งยวด Sgr A* ที่อยู่บริเวณใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือกและถ่ายรูปหลุมดำโดยใช้เครื่องมือของกล้องดูดาว The Very Large Telescope (VLT) เพื่อสังเกตการณ์รังสีอินฟราเรดที่บริเวณรอบ ๆ หลุมดำได้ดังภาพด้านบน

ข้อมูลที่นักดาราศาสตร์ได้มาในการสังเกตดาวฤกษ์ S2 ในครั้งนี้ได้ข้อมูลเกี่ยวกับหลุมดำมวลยิ่งยวดที่อยู่บริเวณใจกลางทางช้างเผือกของเราเพิ่มขึ้น และยังเรียกได้ว่าครั้งนี้ไอน์สไตน์ชนะขาดไปเลยในเรื่องของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว แต่เราก็ต้องเฝ้าสำรวจดาวฤกษ์ในบริเวณใกล้เคียงต่อไปเพื่อศึกษาและทำความเข้าใจเกี่ยวกับหลุมดำดวงนี้ต่อไป ถึงแม้ว่าอาจจะต้องสังเวยชีวิตดาวฤกษ์ดวงอื่น ๆ ไปก็ตาม

แต่ก็ไม่ต้องเสียใจหรอกนะ ดาวฤกษ์ในกาแล็กซีของเรามีอีกมากมายและผุดเกิดขึ้นใหม่ก็มีมากมายเช่นเดียวกัน

 

อ้างอิง

Milky Way’s black hole provides long-sought test of Einstein’s general relativity | Nature

Most images of black holes are illustrations. Here’s what our telescopes actually capture. | Vox

Scientists finally confirm the Milky Way has a supermassive black hole | Astronomy

Supermassive Black Hole Caught Sucking Energy From Nearby Starlight | Astronomy

Update on S2, the star plunging past the Milky Way’s black hole | EarthSky