ในเดือนเมษายนปี 2019 ประวัติศาสตร์การทำงานร่วมกันของกล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์สร้างประวัติศาสตร์เมื่อมันเปิดตัวภาพแรกของหลุมดำที่เคยถ่ายมา ความสำเร็จนี้เป็นเวลาหลายทศวรรษในการสร้างและทริกเกอร์ละครสัตว์สื่อต่างประเทศ ภาพเป็นผลมาจากเทคนิคที่รู้จักกันในชื่อ interferometry ที่ซึ่งหอสังเกตการณ์ทั่วโลกรวมแสงจากกล้องโทรทรรศน์ของพวกเขาเพื่อสร้างภาพคอมโพสิต
ภาพนี้แสดงสิ่งที่นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ทำนายไว้เป็นเวลานานว่าการดัดด้วยแรงโน้มถ่วงทำให้โฟตอนตกไปในบริเวณขอบฟ้าเหตุการณ์ทำให้เกิดวงแหวนสว่างที่ล้อมรอบพวกมัน เมื่อสัปดาห์ที่แล้วในวันที่ 18 มีนาคมทีมนักวิจัยจากศูนย์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ฮาร์วาร์ด - สมิ ธ โซเนียน (CfA) ประกาศการวิจัยใหม่ที่แสดงให้เห็นว่าภาพหลุมดำสามารถเผยให้เห็นโครงสร้างที่ซับซ้อนภายในพวกเขาได้อย่างไร
การศึกษาที่อธิบายการค้นพบของพวกเขาที่ชื่อว่า“ โฟลโฟนิเมตริกสากลของวงแหวนโฟตอนของหลุมดำ” เพิ่งปรากฏในวารสาร วิทยาศาสตร์ก้าวหน้า. ทีมดังกล่าวนำโดย Michael Johnson นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์กับ CfA และสมาชิกที่ชักชวนจากแนวคิดริเริ่มหลุมดำของฮาร์วาร์ด (BHI) ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอสอาลามอสศูนย์วิทยาศาสตร์เชิงทฤษฎีปรินซ์ตันและมหาวิทยาลัยหลายแห่ง
ดังที่จอห์นสันอธิบายไว้ในการแถลงข่าว CfA ล่าสุด
“ ภาพของหลุมดำนั้นมีวงแหวนหลายแบบซ้อนกันอยู่ วงแหวนต่อเนื่องแต่ละวงมีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากัน แต่มีความคมชัดมากขึ้นเนื่องจากแสงของมันโคจรรอบหลุมดำมากขึ้นหลายครั้งก่อนที่จะไปถึงผู้สังเกตการณ์ ด้วยภาพ EHT ปัจจุบันเราได้เห็นเพียงบางส่วนของความซับซ้อนที่ควรจะปรากฏในภาพของหลุมดำใด ๆ ”
ตามที่กฎของสัมพัทธภาพทั่วไปบอกกับเราสนามแรงโน้มถ่วงจะเปลี่ยนความโค้งของกาลอวกาศ ในกรณีของหลุมดำเอฟเฟกต์จะรุนแรงและทำให้แม้แต่แสง (โฟตอน) จะไหลไปมารอบ ๆ พวกมัน โฟตอนเหล่านี้ทำให้เกิดเงาบนวงแหวนสว่างของก๊าซและฝุ่นที่ตกลงมาซึ่งถูกเร่งความเร็วให้สัมพันธ์กับความเร็วตามแรงโน้มถ่วงของหลุมดำ
รอบ ๆ บริเวณที่มีเงานี้คือ“ วงแหวนโฟตอน” ที่ผลิตจากโฟตอนซึ่งมีความเข้มข้นของแรงโน้มถ่วงที่รุนแรงใกล้กับหลุมดำ วงแหวนนี้สามารถบอกนักดาราศาสตร์ได้มากเกี่ยวกับหลุมดำเนื่องจากขนาดและรูปร่างของมันเผยให้เห็นมวลและการหมุน (หรือที่เรียกว่า "สปิน") ของหลุมดำ เนื่องจากภาพ EHT นักวิจัยหลุมดำจึงมีเครื่องมือสำหรับศึกษาหลุมดำ
ตั้งแต่ทศวรรษ 1950 นักดาราศาสตร์ได้เรียนรู้มากมายเกี่ยวกับพวกเขาโดยการศึกษาผลกระทบที่มีต่อสภาพแวดล้อมโดยรอบ กล่าวอีกนัยหนึ่งการศึกษาหลุมดำนั้นเป็นเรื่องทางอ้อมและทางทฤษฎีในธรรมชาติ แต่ด้วยความสามารถในการถ่ายภาพวัตถุท้องฟ้าเหล่านี้ในที่สุดนักดาราศาสตร์ก็สามารถศึกษาได้โดยตรงและรวบรวมข้อมูลจริง
George Wong นักศึกษาปริญญาโทสาขาฟิสิกส์จาก University of Illinois at Urbana-Champaign รับผิดชอบการพัฒนาซอฟต์แวร์เพื่อสร้างภาพหลุมดำที่จำลองขึ้น ซอฟต์แวร์นี้เป็นสิ่งที่อนุญาตให้ใช้ในการคำนวณรูปภาพที่มีความละเอียดสูงสุดจนถึงปัจจุบันและอนุญาตให้ทีมของพวกเขาย่อยสลายเป็นชุดย่อยของภาพย่อยที่คาดการณ์ไว้ ในฐานะวงศ์ระบุ:
“ การรวบรวมผู้เชี่ยวชาญจากสาขาต่างๆทำให้เราสามารถเชื่อมโยงความเข้าใจเชิงทฤษฎีของโฟตอนวงแหวนกับสิ่งที่เป็นไปได้ด้วยการสังเกต สิ่งที่เริ่มต้นจากการคำนวณด้วยดินสอและกระดาษแบบคลาสสิกทำให้เราสามารถผลักดันสถานการณ์จำลองของเราไปสู่ขีด จำกัด ใหม่”
สิ่งที่น่าประหลาดใจอย่างยิ่งสำหรับนักวิจัยคือการเผยให้เห็นโครงสร้างย่อยของภาพหลุมดำสร้างโอกาสใหม่สำหรับการวิจัย ในขณะที่ subrings ที่พวกเขาเปิดเผยนั้นปกติจะมองไม่เห็นด้วยตาเปล่าบนภาพพวกมันสร้างสัญญาณที่ชัดเจนมากเมื่อสังเกตจากอาร์เรย์ของกล้องโทรทรรศน์โดยใช้อินเตอร์เฟอโรเมท
สิ่งนี้นำเสนอนักดาราศาสตร์ด้วยวิธีที่ค่อนข้างง่ายในการขยายงานที่ดำเนินการโดยความร่วมมือ EHT จนถึงปัจจุบัน “ ในขณะที่การจับภาพหลุมดำโดยปกติต้องใช้กล้องโทรทรรศน์กระจายจำนวนมาก subrings เหมาะสำหรับการศึกษาโดยใช้กล้องโทรทรรศน์เพียงสองตัวที่อยู่ห่างกันมาก” จอห์นสันกล่าว “ การเพิ่มกล้องโทรทรรศน์อวกาศหนึ่งดวงลงใน EHT จะเพียงพอ”
สาขาดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์มีประสบการณ์การปฏิวัติหลายครั้งในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ระหว่างการสำรวจวัตถุระหว่างดวงดาวครั้งแรกกับการยืนยันของคลื่นความโน้มถ่วงและการสำรวจโดยตรงครั้งแรกของหลุมดำ สิ่งแรกเหล่านี้ได้เปิดใช้งานการวิจัยที่สัญญาว่าจะปลดล็อกความลึกลับที่ยั่งยืนมากมายเกี่ยวกับจักรวาล
การวิจัยของทีมมีความเป็นไปได้บางส่วนโดยทุนที่ออกโดยองค์การนาซ่ามูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ (NSF) กระทรวงพลังงาน (DoE) และมูลนิธิวิทยาศาสตร์และการวิจัยหลายแห่ง
