นักฟิสิกส์กำลังประสบกับยุคทองของความรู้ใหม่เกี่ยวกับหลุมดำ ตั้งแต่ปี 2015 นักวิจัยสามารถรับสัญญาณได้โดยตรงจากหลุมดำโดยใช้ หอดูดาวคลื่นโน้มถ่วงด้วยเลเซอร์อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ (LINK) ในขณะที่หอดูดาวเช่น กล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์ (EHT) รับภาพแรก เงาของหลุมดำ. ปีนี้ก็ไม่มีข้อยกเว้น ด้วยการเก็บเกี่ยวผลลัพธ์ที่น่าตื่นเต้นและไม่เหมือนใครใหม่ ๆ ซึ่งช่วยขยายขอบเขตความรู้ของเราเกี่ยวกับหลุมดำ เรามาดูการค้นพบที่น่าประทับใจที่สุดบางส่วนในปี 2020
ราวกับจะยืนยันว่าปี 2020 เป็นปีแห่งการวิจัยหลุมดำ ความสำเร็จหลักของวิทยาศาสตร์คือ รางวัลโนเบล - ได้รับรางวัลในเดือนตุลาคมถึงนักฟิสิกส์สามคนซึ่งผลงานได้ชี้ให้เห็นถึงชีวิตของวัตถุอวกาศลึกลับเหล่านี้
Roger Penrose จาก University of Oxford ในสหราชอาณาจักรได้รับรางวัลครึ่งหนึ่ง "สำหรับการค้นพบว่าการก่อตัวของหลุมดำเป็นการทำนายทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่แข็งแกร่ง" ในขณะที่ Andrea Guez จาก University of California, Los Angeles และ Reinhard Hansel จาก University of Bonn และสถาบัน Max Planck ฟิสิกส์นอกโลกในเยอรมนีแบ่งปันอีกครึ่งหนึ่ง "สำหรับการค้นพบวัตถุอัดแน่นมวลมหาศาลในใจกลางกาแลคซีของเรา" Royal Swedish Academy of Sciences กล่าวในแถลงการณ์ Andrea Guez เป็นเพียงผู้หญิงคนที่สี่ที่ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ต่อจาก Marie Curie ในปี 1903, Maria Heppert-Mayer ในปี 1963 และ Donna Strickland ในปี 2018
LINK และคู่สัญญาของยุโรป ราศีกันย์ สังเกตหลุมดำผ่านคลื่นความโน้มถ่วงในโครงสร้างของกาลอวกาศซึ่งเกิดขึ้นเมื่อวัตถุขนาดใหญ่สั่น
มีการค้นพบที่น่าประทับใจหลายอย่างในสถานที่นี้แล้ว แต่ในเดือนพฤษภาคม การทำงานร่วมกันประกาศว่าได้ค้นพบการชนกันครั้งใหญ่ที่สุดกับหลุมดำในประวัติศาสตร์ หนึ่งในนั้นมีขนาดใหญ่กว่ามวลดวงอาทิตย์ 85 เท่า และอีกอันหนึ่งมีขนาดใหญ่กว่ามวลดวงอาทิตย์ 66 เท่า เมื่อพวกเขาชนกันจะก่อตัวเป็นหลุมดำซึ่งมีมวลมากกว่ามวลของดวงอาทิตย์โดย 142 ครั้ง นอกเหนือจากการตั้งค่าบันทึกแล้ว การค้นพบยังเป็นครั้งแรกในเขตที่เรียกว่า "ต้องห้าม" ของหลุมดำมวลปานกลาง แม้ว่านักดาราศาสตร์จะได้เห็นหลุมดำขนาดเล็กขนาดเท่าดวงอาทิตย์ของเราและรู้ว่ามีหลุมดำขนาดมหึมาซึ่งมีมวลหลายล้านเท่าของดวงอาทิตย์อยู่ที่ใจกลางดาราจักร แต่ก็ไม่มีใครพบหลักฐานของหลุมดำในช่วงกลางนี้มาก่อน พวกมันก่อตัวขึ้นได้อย่างไรยังคงเป็นปริศนาที่นักวิทยาศาสตร์กำลังพยายามแก้ไข
ไม่นานหลังจากที่ บิ๊กแบง จักรวาลเต็มไปด้วยรังสีร้อนและปั่นป่วน ในบางภูมิภาค พลังงานมีความหนาแน่นมากพอที่จะยุบตัวในทางทฤษฎีจนกลายเป็นหลุมดำ
แม้ว่านักฟิสิกส์จะยังไม่รู้ว่าสิ่งเหล่านี้มีอยู่จริงหรือไม่ หลุมดำปฐมภูมิ (PCD) เมื่อเร็ว ๆ นี้พวกเขาคิดว่าจะเกิดอะไรขึ้นหากมีอยู่ เอกสารหลายฉบับซึ่งรวมถึงฉบับที่ตีพิมพ์ในเดือนพฤศจิกายนระบุว่าหลุมดำเหล่านี้ซึ่งบางส่วนมีขนาดเล็กกว่าที่ก่อตัวจากดาวฤกษ์ที่กำลังจะตาย อาจเป็นสสารมืด ซึ่งเป็นสสารที่ไม่รู้จักซึ่งส่งอิทธิพลต่อความโน้มถ่วงต่อทั้งจักรวาล อวกาศ ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า มีการทดลองเพื่อค้นหา PCD ซึ่งจะยืนยันหรือปฏิเสธการมีอยู่ของพวกมัน
จะเกิดอะไรขึ้นถ้าคุณเอาหลุมดำมวลมหาศาลอย่างเหลือเชื่อที่ใจกลางกาแลคซี่และขยายมันด้วยปัจจัย 11? นั่นคือสิ่งที่นักวิจัยแนะนำในเอกสารฉบับเดือนกันยายนที่กล่าวถึงความเป็นไปได้ของ "หลุมดำขนาดใหญ่อย่างไม่น่าเชื่อ" (แผ่นพื้น).
วัตถุเหล่านี้จะมีน้ำหนักอย่างน้อย 1 ล้านล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ มากกว่าหลุมดำที่ใหญ่ที่สุดที่รู้จักในปัจจุบันถึง 10 เท่า สัตว์ประหลาดมวลสุริยะจำนวน 66 พันล้านเท่าที่เรียกว่า ตัน 618. SLAB บางส่วนอาจก่อตัวขึ้นในเอกภพยุคแรก ทำให้เกิดหลุมดำดึกดำบรรพ์อีกกลุ่มหนึ่ง ซึ่งหมายความว่าเราสามารถเห็นรอยประทับของพวกมันในพื้นหลังไมโครเวฟของจักรวาล เมื่อเอกภพของเรามีอายุเพียง 380 ปี คนอื่นสามารถตรวจพบได้ด้วยการดูว่าพวกมันโค้งงอแสงของดาวที่อยู่ห่างไกลได้อย่างไร ถ้า SLAB เกิดขึ้นระหว่างเรา แนวคิดนี้ยังคงเป็นเรื่องสมมุติ แต่ได้รับความสนใจเพิ่มขึ้น
หลุมดำคู่ส่วนใหญ่ที่ตรวจพบโดยเครื่องมือ LIGO และ Virgo มีมวลใกล้เคียงกัน แต่ในเดือนเมษายนที่ร่วมงานกันประกาศว่ากำลังดูอยู่ ภัยพิบัติที่ไม่สมดุลที่สุด.
วัตถุที่ชนกันที่ระยะทางประมาณ 2,4 พันล้านปีแสงจากเรามีมวลประมาณ 8 และ 30 เท่าของดวงอาทิตย์ตามลำดับ เหตุการณ์ที่ไม่คาดคิดดังกล่าวถือว่าเกิดขึ้นได้ยากพอที่การติดตั้งคลื่นโน้มถ่วงจะไม่สังเกตเห็นหลังจากผ่านไปเพียงไม่กี่ปี การค้นพบนี้ท้าทายสมมติฐานเหล่านี้และกระตุ้นให้นักวิจัยพิจารณาถึงความเป็นไปได้ของการควบรวมตามลำดับชั้น ซึ่งหลุมดำหนึ่งชนกับอีกหลุมหนึ่ง แล้วเศษที่เหลือก็รวมเข้ากับหลุมดำอีกอันหนึ่ง
เมื่อวัตถุขนาดมหึมาเข้าใกล้หลุมดำในระยะหนึ่ง แรงโน้มถ่วงสุดขั้วที่มีอยู่ในนั้นสามารถฉีกวัตถุให้เป็นเส้นยาวๆ ของวัสดุที่กระจัดกระจายไปทุกหนทุกแห่ง
กระบวนการนี้เรียกขานว่า ปาเก็ตตี้ไม่ค่อยพบเห็นเนื่องจากหลุมดำส่วนใหญ่ล้อมรอบด้วยเมฆก๊าซและฝุ่นที่บดบัง แต่ในเดือนตุลาคม นักดาราศาสตร์จากหอดูดาวทางใต้ของยุโรปสามารถถ่ายภาพได้ ปาเก็ตตี้ของดวงดาว ในรายละเอียดที่ไม่เคยมีมาก่อนโดยใช้ทั้งกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่มากและกล้องโทรทรรศน์เทคโนโลยีใหม่ เหตุการณ์นี้เรียกว่า 2019qizจะช่วยให้นักวิจัยเข้าใจถึงปรากฏการณ์ดังกล่าวและช่วยให้พวกเขาเข้าใจแรงโน้มถ่วงได้ดีขึ้นในสภาวะที่รุนแรง
ไม่มีใครอยากเข้าใกล้หลุมดำมากเกินไป โชคดีที่ Pac-Man จักรวาลพบในเดือนพฤษภาคมโคจรรอบดาวคู่หูที่รู้จักกันในชื่อ HR6819อยู่ในระยะที่ปลอดภัยทางดาราศาสตร์จากพันธมิตร
หลุมดำใหม่ซ่อนตัวอยู่ 1000 ปีแสงจากโลกในกลุ่มดาวเทเลสโคเปียมทางใต้ ซึ่งใกล้กว่าเจ้าของสถิติเดิมถึง 6819 เท่า นักดาราศาสตร์ไม่สามารถสังเกตหลุมดำได้โดยตรง แต่สามารถอนุมานการมีอยู่ของมันโดยพิจารณาจากผลกระทบของแรงโน้มถ่วงที่มีต่อวัตถุอื่นอีกสองวัตถุในระบบ ผู้สังเกตการณ์ในซีกโลกใต้สามารถเห็นดาวในระบบ HR XNUMX ด้วยตาเปล่าได้โดยดูจากแผนภูมิดาวและมองในกลุ่มดาว Telescopium ใกล้ชายแดนกับกลุ่มดาวปาโว
เพื่อให้หลุมดำก่อตัวขึ้น สสารและพลังงานจะต้องยุบตัวจนถึงจุดเล็ก ๆ ที่มีความหนาแน่นอนันต์ เนื่องจากความไร้ขอบเขตดังกล่าวน่าจะเป็นไปไม่ได้ทางร่างกาย นักทฤษฎีจึงพยายามหาทางแก้ไขผลลัพธ์ที่แปลกประหลาดเช่นนี้มานานแล้ว
ตามทฤษฎีสตริงซึ่งแทนที่อนุภาคและแรงทั้งหมดด้วยสตริงย่อยที่สั่นสะเทือน หลุมดำอาจกลายเป็นสิ่งที่แปลกยิ่งกว่าเดิม นั่นคือสายพันกันของสายพื้นฐาน เช่น เส้นด้ายที่คลุมเครือ ในเดือนตุลาคม การศึกษาหนึ่งพบว่าถ้าอะตอมในดาวนิวตรอน ซึ่งเป็นเศษของดาวฤกษ์ประเภทที่หลงเหลืออยู่ไม่หนาแน่นพอที่จะก่อให้เกิดหลุมดำ แท้จริงแล้วเป็นมัดของสตริง จากนั้นการบีบสายเหล่านั้นเข้าด้วยกันจะไม่เกิดเป็นหลุมดำจริง ๆ แต่ ลูกฟู—ซึ่งจะคล้ายกับลูกไหมที่กล่าวไว้ข้างต้น. แนวคิดแปลก ๆ ยังไม่ถูกนำมาใช้อย่างเต็มที่ แต่เป็นหนึ่งในทางเลือกที่เป็นไปได้ในการทำงานกับอินฟินิตี้
นักฟิสิกส์กล่าวว่าหลุมดำทุกหลุมควรล้อมรอบด้วยสิ่งที่เรียกว่า ขอบฟ้าเหตุการณ์ - ขอบเขตซึ่งเมื่อตกแล้ว ท่านจะไม่มีวันได้ออกไป อย่างไรก็ตาม นับตั้งแต่มีการสร้างหลุมดำขึ้นเป็นครั้งแรก นักวิจัยได้ตั้งคำถามว่าขอบฟ้าเหตุการณ์มีความจำเป็นอย่างยิ่งหรือไม่
จะมีหลุมดำที่ไม่มีมันได้หรือไม่ที่เรียกว่า หลุมดำ "เปล่า"? สิ่งนี้อาจเป็นอันตรายได้เนื่องจากกฎฟิสิกส์ที่รู้จักถูกละเมิดภายในขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำ และหลุมดำเปล่าไม่สามารถให้การปกป้องสิ่งกีดขวางนี้ได้ ในขณะที่นักทฤษฎีส่วนใหญ่เชื่อว่าภาพเปลือยเป็นสิ่งที่ไม่ควรมองข้ามสำหรับหลุมดำ หนังสือพิมพ์ฉบับเดือนพฤศจิกายนกล่าวว่ามีวิธีทดสอบได้อย่างแน่นอน เคล็ดลับคือการมองหาความแตกต่างในแผ่นเพิ่มมวลหรือวงแหวนของก๊าซและฝุ่นที่เกิดจากการป้อนหลุมดำ ซึ่งสามารถบ่งบอกถึงความแตกต่างที่มองเห็นได้ระหว่างหลุมดำเปล่าและหลุมดำปกติ
คริสต์มาสมาถึงเมื่อต้นปีนี้สำหรับนักวิทยาศาสตร์หลุมดำ ในเดือนตุลาคม ชุมชนผู้สังเกตการณ์ LIGO และชาวราศีกันย์ชาวยุโรปได้ออกแคตตาล็อกใหม่ขนาดใหญ่ของ สัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงหลายสิบตัวที่ค้นพบในช่วงเดือนเมษายนถึงกันยายน 2019
เหตุการณ์ 39 เหตุการณ์รวมถึงการค้นพบที่น่าสนใจมากมาย เช่น การรวมตัวกันของหลุมดำขนาดใหญ่ที่ส่งผลให้เกิดเศษเหลือที่มีมวลของดวงอาทิตย์ 142 ดวง เหตุการณ์ด้านเดียวอย่างยิ่งที่มีมวลของวัตถุที่มีขนาดใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ และวัตถุลึกลับที่ปรากฏขึ้น จะเป็นหลุมดำขนาดเล็กหรือดาวนิวตรอนขนาดใหญ่ นักวิจัยรู้สึกตื่นเต้นกับข้อมูลดังกล่าว ซึ่งแสดงให้เห็นว่าวัตถุได้รับสัญญาณใหม่โดยเฉลี่ยทุกๆ ห้าวัน และวางแผนที่จะใช้สัญญาณดังกล่าวเพื่อให้เข้าใจพฤติกรรมและความถี่ของการควบรวมกิจการของหลุมดำได้ดียิ่งขึ้น
อ่าน:
เขียนความเห็น