10 เรื่องประหลาดที่สุดที่เราได้เรียนรู้เกี่ยวกับหลุมดำในปี 2021

นักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาหลุมดำสามารถมั่นใจได้ว่าปีแล้วปีเล่าจะมีการค้นพบที่น่าทึ่ง ปี 2021 ก็ไม่มีข้อยกเว้น ด้วยผลลัพธ์ใหม่ที่น่าตื่นเต้นมากมายเกี่ยวกับสัตว์ประหลาดโน้มถ่วงที่แปลกประหลาดเหล่านี้ วันนี้เราจะพิจารณาสิ่งที่น่าตื่นเต้นที่สุด การค้นพบ หลุมดำในปีนี้และวิธีที่พวกเขาพัฒนาความเข้าใจของเราเกี่ยวกับจักรวาล

หลุมดำหมุนเร็วสุด

แม้แต่หลุมดำที่มีการศึกษามากที่สุดก็สามารถสร้างความประหลาดใจได้ ในเดือนกุมภาพันธ์ นักฟิสิกส์ได้ปรับปรุงการประมาณการคุณสมบัติของสัตว์ประหลาดจักรวาลที่เป็นหัวใจของระบบ Cygnus X-1 ซึ่งเป็นหลุมดำแรกที่ได้รับการยืนยันเช่นกัน หลุมดำ Cygnus X-1 ที่ค้นพบครั้งแรกเมื่อเกือบ 60 ปีที่แล้ว พบว่ามีขนาดใหญ่กว่าที่เคยคิดไว้ 50% มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ถึง 21 เท่า และโคจรรอบความเร็วแสงใกล้มาก สร้างสถิติใหม่ สำหรับหลุมดำ

หลุมดำใน Cygnus X-1 อยู่ห่างออกไปประมาณ 7200 ปีแสง และค่อยๆ กลืนกินดาวฤกษ์ขนาดยักษ์สีน้ำเงินของพวกมัน ทำให้นักวิจัยมีความเข้าใจใหม่เกี่ยวกับกระบวนการดังกล่าว

อ่าน: หลุมดำในจักรวาลมีกี่หลุม?

ปาเก็ตตี้สตาร์

เมื่อดาวฤกษ์เข้าใกล้ขอบหลุมดำมากเกินไป แรงโน้มถ่วงจะฉีกมันออกเป็นเส้นใยยาวๆ ที่ดึงเข้าไปในปากของหลุมดำ กระบวนการนี้เรียกว่า "สปาเก็ตตี้ฟิเคชั่น" ทำให้เกิดแสงเมื่อวัสดุของดาวร้อนขึ้นผ่านการเสียดสี ทำให้นักดาราศาสตร์สามารถจับภาพการกระทำที่น่าสะพรึงกลัวนี้ได้ในทุกรัศมี ในเดือนพฤษภาคม นักวิจัยสังเกตเห็นดาวฤกษ์ดวงหนึ่งที่ถูกบดและดูดกลืนในลักษณะนี้โดยหลุมดำซึ่งมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ 30 ล้านเท่า และตั้งอยู่ใจกลางกาแลคซีห่างจากโลก 750 ล้านปีแสง

นอกจากการรวบรวมข้อมูลที่สำคัญเกี่ยวกับการสปาเก็ตตี้ฟากชันแล้ว การสังเกตการณ์ยังช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สร้างภาพการดูดกลืนของดาวได้อย่างไม่น่าเชื่อ

อ่านเพิ่มเติม: นักดาราศาสตร์ค้นพบครั้งแรกถึงผลที่ตามมาของ "การทำให้เป็นปาเก็ตตี้" ของดาวฤกษ์โดยหลุมดำ

LIGO พิสูจน์ว่าฮอว์คิงถูกต้อง

ในเดือนมิถุนายน นักวิจัยที่ Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ได้เฝ้าดูหลุมดำมวลมหาศาลสองแห่งรวมกันเป็นหนึ่งเดียว และวิเคราะห์ระลอกคลื่นในโครงสร้างของกาลอวกาศที่เรียกว่าคลื่นโน้มถ่วงที่เกิดจากหลุมดำที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง

พวกเขาพบว่าพื้นที่ผิวของหลุมดำที่เกิดขึ้นนั้นมากกว่าพื้นที่สองอันแรกรวมกัน นอกจากจะได้ข้อมูลที่น่าประหลาดใจแล้ว ผลการศึกษายังช่วยพิสูจน์การคาดเดาของนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ชาวอังกฤษ สตีเฟน ฮอว์คิงในปี 1971 หรือที่รู้จักในชื่อทฤษฎีบทพื้นที่หลุมดำ ทฤษฎีบทระบุว่าพื้นที่ผิวของหลุมดำไม่สามารถลดลงตามเวลาได้ ซึ่งเป็นกฎที่ฮอว์คิงได้มาจากการใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ และความเข้าใจเรื่องเอนโทรปีของเขาด้วย แม้ว่าผลการวิจัยจะเป็นชัยชนะของฮอว์คิง แต่พวกเขากลับทำให้นักฟิสิกส์งงงวย ตามกลศาสตร์ควอนตัม หลุมดำควรหดตัวและระเหย ดังนั้นจึงไม่ชัดเจนว่าจะกระทบยอดกับกฎของฮอว์คิงได้อย่างไรว่าพื้นที่ผิวของพวกมันควรเพิ่มขึ้นเสมอ

ที่น่าสนใจเช่นกัน: นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบวิธีการฟังคลื่นความโน้มถ่วงของบิ๊กแบง

การรวมตัวกันของหลุมดำและดาวนิวตรอน

ในเดือนมิถุนายน นักวิจัยที่ทำงานร่วมกับ LIGO ประกาศว่าเป็นครั้งแรกที่พวกเขาแน่ใจว่าได้เห็นหลุมดำรวมตัวกันเป็นวัตถุขนาดเล็กที่เรียกว่าดาวนิวตรอน นอกจากหลุมดำแล้ว ดาวนิวตรอนยังเป็นผลลัพธ์สุดท้ายที่เป็นไปได้ของการตายของดาวมวลสูง เมื่อดาวระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวาและทิ้งเศษซากไว้เบื้องหลัง แม้ว่า LIGO จะได้เห็นการควบรวมกิจการที่อาจเกิดขึ้นระหว่างหลุมดำและดาวนิวตรอน แต่ในปีนี้ สัญญาณสองสัญญาณได้พิสูจน์แล้วว่ามีการควบรวมกิจการดังกล่าว

ตรวจพบสัญญาณทั้งสองในเดือนมกราคม 2020 ห่างกันประมาณ 10 วัน ในกรณีแรก หลุมดำที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ถึง XNUMX เท่า ดูดกลืนดาวนิวตรอนที่มีมวล XNUMX เท่าครึ่งของมวลดวงอาทิตย์ และในกรณีที่สอง หลุมดำที่มีมวล XNUMX เท่าของมวลดวงอาทิตย์ ดวงอาทิตย์และดาวนิวตรอนที่มีมวลเป็นสองเท่าของดวงอาทิตย์

คำแนะนำของบรรณาธิการ: นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ติดตามการรวมตัวของดาวนิวตรอนและหลุมดำเป็นครั้งแรก

หลุมดำในช่วงต้นทำให้เกิดพายุ

ดาราจักรแทบทุกแห่งที่รู้จักมีหลุมดำมวลมหาศาลอยู่ที่ศูนย์กลาง บ่งบอกถึงความสัมพันธ์ที่ใกล้ชิดระหว่างวัตถุสองชิ้นในจักรวาล แต่นักวิทยาศาสตร์ยังไม่เข้าใจว่าหลุมดำมีผลกระทบต่อโฮสต์กาแลคซีอย่างไร ผลการศึกษาที่ตีพิมพ์ในเดือนมิถุนายนพบว่าลมความเร็วสูงพัดมาจากดาราจักรอายุ 13 พันล้านปี ซึ่งมีอายุเกือบเท่าตัวเอกภพเอง นี่เป็นตัวอย่างแรกสุดที่ค้นพบของลมกาแล็กซี่ที่ปะทุจากหลุมดำมวลมหาศาลในขณะที่พวกมันดูดซับก๊าซและฝุ่นที่อยู่รอบๆ

นอกจากนี้ ลมแรงซึ่งเคลื่อนที่ด้วยความเร็วประมาณ 1,8 ล้านกม./ชม. กำลังเคลื่อนที่เร็วพอที่จะพัดวัตถุไปทั่วดาราจักรและมีแนวโน้มว่าจะขัดขวางการก่อตัวดาวฤกษ์ นี่แสดงให้เห็นว่ากาแล็กซีและหลุมดำของพวกมันมีความเชื่อมโยงกันในสมัยโบราณและใกล้เคียงกันมาก

อ่าน: นักวิทยาศาสตร์ตรวจพบรังสีเอกซ์เกินขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำ

แสงสะท้อนพิสูจน์ว่าไอน์สไตน์ถูกต้อง

Stephen Hawking ไม่ใช่คนเดียวที่พิชิตหลุมดำในปีนี้ ในเดือนกรกฎาคม นักดาราศาสตร์ได้ถ่ายรังสีเอกซ์จากหลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางดาราจักรชนิดก้นหอย Zwicky ซึ่งอยู่ห่างออกไป 1,8 พันล้านปีแสง นักวิจัยไม่เพียงแต่ตรวจจับแสงที่มาจากด้านหน้าของหลุมดำเท่านั้น แต่พวกเขายังพบแสงสะท้อนแปลกๆ ที่พวกเขาไม่สามารถตรวจจับได้ในตอนแรก

ดูเหมือนว่าพวกมันจะมาจากด้านหลังของหลุมดำ ซึ่งหมายความว่าตัวตนขนาดยักษ์กำลังบิดโครงสร้างของกาลอวกาศมากจนแสงถูกดึงจากด้านหนึ่งของหลุมดำไปยังอีกด้านหนึ่ง กระบวนการนี้สอดคล้องกับสิ่งที่คาดหวังได้จากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ แต่ยังไม่ได้รับการค้นพบอย่างแน่ชัด

มนุษย์ต่างดาวสามารถควบคุมพลังของหลุมดำได้

นักวิทยาศาสตร์ไม่กลัวที่จะตั้งสมมติฐานตราบใดที่อิงจากข้อมูลที่เกี่ยวข้อง ในเดือนสิงหาคม กลุ่มนักดาราศาสตร์ในไต้หวันแนะนำว่ามนุษย์ต่างดาวทางเทคโนโลยีสามารถเก็บเกี่ยวพลังงานจากหลุมดำได้โดยใช้โครงสร้างขนาดใหญ่สมมติที่เรียกว่าทรงกลม Dyson ที่ล้อมรอบดาวฤกษ์ แม้ว่าหลุมดำจะถือว่ามืด แต่ก็ปล่อยพลังงานออกมาเป็นจำนวนมากเพราะพวกมันกินวัสดุโดยรอบซึ่งถูกทำให้ร้อนและปล่อยออกมาเป็นแสง

นักดาราศาสตร์สงสัยว่าสิ่งมีชีวิตนอกโลกสามารถวางแพลตฟอร์มการโคจรที่ปกคลุมด้วยแผงเซลล์แสงอาทิตย์รอบหลุมดำเพื่อดูดซับพลังงานระเบิดได้หรือไม่ เนื่องจากหลุมดำมีขนาดเล็กกว่าดวงดาว จึงทำให้มนุษย์ต่างดาวสามารถประหยัดวัสดุก่อสร้างและอาจช่วยให้พวกมันเก็บพลังงานได้อย่างไม่น่าเชื่อ

รายละเอียดเพิ่มเติม:  Dyson Sphere คืออะไร และทำไมเราไม่สร้างมันขึ้นมา?

หลุมดำที่หลงทางสามารถปักหลักในกาแลคซีของเราได้

หลุมดำขนาดมหึมาที่มองไม่เห็นประมาณ 12 หลุมอาจซุ่มซ่อนอยู่บริเวณรอบนอกของทางช้างเผือก ข้อสรุปนี้มาถึงในเดือนสิงหาคม เมื่อนักวิจัยตีพิมพ์ผลการจำลองการชนกันของกาแลคซีครั้งใหม่ ในช่วงเหตุการณ์ใหญ่โตเช่นนี้ แรงโน้มถ่วงสามารถทำให้หลุมดำมวลมหาศาลที่มีน้ำหนักมากกว่าดวงอาทิตย์นับล้านหรือพันล้านเท่า บินและท่องไปในห้วงอวกาศอันมืดมิด

บางส่วนอาจไปอยู่ในรัศมีของดาราจักรเช่นเรา และดาราจักรขนาดเท่าทางช้างเผือกจะมีค่าเฉลี่ยประมาณ 12 กาแล็กซี นักดาราศาสตร์หวังว่าจะหาวิธีค้นหายักษ์ใหญ่ที่สูญหายเหล่านี้เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของการจำลอง

อ่าน: หลุมดำถูกค้นพบในกระจุกดาวนอกกาแลคซีของเรา

พบหลุมดำคู่ที่ใกล้ที่สุดแล้ว

ในเดือนธันวาคม กล้องโทรทรรศน์บันทึกหลักฐานการมีอยู่ของหลุมดำคู่ที่ใกล้ที่สุดในโลกของเรา โดยโคจรรอบกันและกันในระยะทางประมาณ 89 ล้านปีแสงจากโลกในกลุ่มดาวราศีกุมภ์ หลุมดำคู่ที่บันทึกไว้ก่อนหน้านี้อยู่ห่างจากหลุมดำคู่นี้ถึง 154 เท่า ซึ่งหมายความว่านักวิทยาศาสตร์มีโอกาสศึกษาระบบดังกล่าวในรายละเอียดมากกว่าเดิม สมาชิกทั้งสองของทั้งคู่เป็นนักยกน้ำหนัก อันที่ใหญ่กว่ามีมวลเกือบ 6,3 ล้านดวงอาทิตย์ และอันที่เล็กกว่านั้นจะมีมวลมากกว่าดาวของเรา XNUMX ล้านเท่า

พวกเขาโคจรรอบกันและกันในระยะทางเพียง 1600 ปีแสง - จำนวนเล็กน้อยตามมาตรฐานจักรวาลและบันทึกอื่นที่ระบุว่าใน 250 ล้านปีพวกเขาจะรวมกันเป็นหลุมดำขนาดยักษ์

อ่านเพิ่มเติม: กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่มาก (Very Large Telescope) ค้นพบหลุมดำมวลยวดยิ่งที่ใกล้ที่สุดแล้ว

หลุมดำที่ใหญ่เกินไปสำหรับกาแล็กซีของมัน

กาแล็กซีขนาดเล็กที่โคจรรอบเราเองห่างออกไป 820 ปีแสง ดูเหมือนจะมีสิ่งแปลกปลอมอยู่ ดาราจักรแคระ Leo I ซึ่งเล็กกว่าทางช้างเผือก 50 เท่า มีหลุมดำมวลมหาศาลซึ่งมีมวลเกือบเท่ากับหลุมดำที่ใจกลางทางช้างเผือก นักดาราศาสตร์สงสัยว่าหลุมดำขนาดใหญ่เช่นนี้มาลงเอยในดาราจักรขนาดเล็กได้อย่างไร

"ไม่มีคำอธิบายเกี่ยวกับการมีอยู่ของหลุมดำประเภทนี้ในกาแลคซีทรงกลมแคระ" มาเรีย โฮเซ บุสตามันเต นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาด้านดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเทกซัสออสติน กล่าวในแถลงการณ์ เราจะต้องรออีกไม่กี่ปีข้างหน้าเพื่อทำความเข้าใจว่าสิ่งนี้มีความหมายอย่างไรต่อวิวัฒนาการของหลุมดำและกาแลคซี่

อ่าน:

• หลุมดำก่อตัวขึ้นทันทีหลังบิ๊กแบงหรือไม่?
• กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่มาก (Very Large Telescope) ค้นพบหลุมดำมวลยวดยิ่งที่ใกล้ที่สุดแล้ว