นักดาราศาสตร์ได้ค้นพบหลักฐานโดยตรงชิ้นแรกที่แสดงว่าหลุมดำกำลังหมุนอยู่ ซึ่งยืนยันทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์อีกครั้ง การค้นพบนี้เกิดขึ้นจากการศึกษาไอพ่นพลังงานอันทรงพลังที่ปล่อยออกมาจากหลุมดำขนาดเท่าระบบสุริยะใจกลางกาแล็กซีเมสไซเออร์ 87 ที่อยู่ใกล้เคียง หลุมดำนี้มีชื่อว่า M87 ถือเป็นหลุมดำที่มีการศึกษามากที่สุดและเป็นหลุมแรกที่ค้นพบ ถ่ายภาพโดยตรงในปี 2019
นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ทำนายมานานแล้วว่าหลุมดำหมุนรอบตัวเอง แต่จนถึงขณะนี้ความซับซ้อนในการมองเห็นสัตว์ประหลาดในอวกาศทำให้ยากต่อการได้รับหลักฐาน นักวิจัยได้ตีพิมพ์ผลการวิจัยเมื่อวันที่ 27 กันยายนในวารสาร Nature
“หลังจากถ่ายภาพหลุมดำในกาแล็กซีนี้สำเร็จด้วยกล้องโทรทรรศน์ Event Horizon (EHT) คำถามที่ว่าหลุมดำนี้กำลังหมุนรอบอยู่หรือไม่ กลายเป็นปัญหาสำคัญสำหรับนักวิทยาศาสตร์แล้ว” คาซูฮิโระ ฮาดะ นักดาราศาสตร์จากหอดูดาวดาราศาสตร์แห่งชาติของญี่ปุ่น กล่าวในแถลงการณ์ “ตอนนี้ความคาดหวังกลายเป็นความมั่นใจแล้ว หลุมดำขนาดยักษ์นี้กำลังหมุนอยู่จริงๆ”
หลุมดำมีแรงโน้มถ่วงที่รุนแรงจนไม่มีสิ่งใด (แม้แต่แสง) ก็สามารถหลุดออกจากปากของมันได้ แต่นั่นไม่ได้หมายความว่าไม่สามารถมองเห็นพวกมันได้ นั่นเป็นเพราะว่าหลุมดำกัมมันต์นั้นถูกล้อมรอบด้วยจานสะสมมวลสาร ซึ่งเป็นกลุ่มมวลสารขนาดใหญ่ที่ฉีกออกจากเมฆก๊าซและดาวฤกษ์ที่ถูกทำให้ร้อนจนถึงอุณหภูมิร้อนแดงโดยการเสียดสีขณะที่พวกมันหมุนวนเข้าไปในปากของหลุมดำ
วัสดุบางส่วนถูกขับออกมา ก่อตัวเป็นไอพ่นวัตถุร้อนสองลำที่เดินทางด้วยความเร็ว 99,9% ประมาณหนึ่งในสิบของเวลา การที่เครื่องบินไอพ่นของหลุมดำได้รับพลังงานมหาศาลที่จำเป็นในการทำเช่นนี้ยังคงเป็นปริศนา แต่นักฟิสิกส์ใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์เพื่อเสนอแนะว่าวัตถุสามารถดึงมันมาจากสนามแม่เหล็กของสัตว์ประหลาดในอวกาศได้หากพวกมันหมุนรอบแกนของมันอย่างรวดเร็ว
หลุมดำน่าจะมีการหมุนรอบตัวเองตั้งแต่วันแรกๆ ในฐานะดาวฤกษ์ ซึ่งเมื่อจู่ๆ พวกมันพังทลายเข้าด้านใน ก็เหมือนกับนักสเก็ตน้ำแข็งที่เหยียดแขนเพื่อหมุนเร็วขึ้น เมื่อเวลาผ่านไป การหมุนรอบนี้อาจเร็วขึ้นเนื่องจากผลของการไหลเข้าของสสารจากดาวฤกษ์ที่ถูกหลุมดำฉีกขาดหรือจากการชนกันอย่างรุนแรงกับวัตถุขนาดใหญ่อื่นๆ
ในการค้นหาคำอธิบายเกี่ยวกับการหมุนรอบตัวเองที่เข้าใจยากนี้ นักดาราศาสตร์หันไปหาหลุมดำมวลมหาศาล M87 ซึ่งเป็นช่องว่างขนาดใหญ่ในอวกาศ-เวลาที่ใช้มวลของมัน (6,5 พันล้านเท่าของดวงอาทิตย์) เพื่อดึงกาแลคซีทั้งมวลเข้าหาตัวมันเอง
จากการศึกษา M87* ด้วยเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุทั่วโลกตั้งแต่ปี 2000 ถึง 2022 นักดาราศาสตร์พบว่าไอพ่นของหลุมดำเคลื่อนไปมาเหมือนเครื่องเมตรอนอมที่มีวัฏจักร 11 ปี สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าหลุมดำเคลื่อนตัวไปข้างหน้าหรือโยกเยกบนแกนของมันในขณะที่มันหมุนเหมือนลูกข่าง
“เรารู้สึกตื่นเต้นกับการค้นพบครั้งสำคัญนี้” ฉุย อวี้จู ผู้เขียนรายงานการศึกษาหลัก นักดาราศาสตร์จากห้องปฏิบัติการเจ้อเจียง ในเมืองหางโจว ประเทศจีน กล่าวในแถลงการณ์ เนื่องจากการแยกระหว่างหลุมดำและจานค่อนข้างน้อยและระยะเวลา precession ประมาณ 11 ปี การสะสมข้อมูลความละเอียดสูงที่ติดตามโครงสร้างของ M87 ตลอดสองทศวรรษและการวิเคราะห์อย่างรอบคอบถือเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้บรรลุความสำเร็จนี้"
นอกเหนือจากการยืนยันทฤษฎีของไอน์สไตน์อีกครั้งแล้ว การค้นพบการหมุนรอบของหลุมดำยังทำให้เกิดคำถามที่น่าสนใจอีกมากมาย หนึ่งในนั้นคือเหตุการณ์ที่เกี่ยวข้องกับเหตุการณ์ภัยพิบัติที่อาจทำให้เกิดการหมุนรอบตัวอย่างรวดเร็ว เช่นเดียวกับความเป็นไปได้ในการค้นพบโฟตอนสเฟียร์ ซึ่งเป็นวงแหวนแสงจางๆ ที่ล้อมรอบหลุมดำที่อาจให้เบาะแสสำคัญต่อทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัม
อ่าน: