ทุกคำถามของคุณเกี่ยวกับภาพหลุมดำที่ได้รับคำตอบใหม่

อัปเดตเมื่อวันที่ 11 เมษายนเวลา 16:40 น. ET

เมื่อวานนี้ Earthlings ได้เห็นภาพที่แท้จริงของหลุมดำก่อน - เปลี่ยนสิ่งที่อาศัยอยู่ในจินตนาการที่เรามีร่วมกันเป็นความจริงที่เป็นรูปธรรม

ภาพดังกล่าวแสดงให้เห็นถึงวงแหวนที่มีสีส้มล้อมรอบเงาดำของหลุมดำที่กลืนกินสสารถึง 55 ล้านปีแสงที่ใจกลางกาแลคซีที่รู้จักกันในชื่อ Virgo A (Messier 87)

ภาพแรกที่พร่ามัวนี้ก็เพียงพอที่จะยืนยันได้ว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพของ Einstein นั้นทำงานได้แม้ในขอบเขตของก้นบึ้งขนาดยักษ์แห่งนี้ - สถานที่ที่รุนแรงซึ่งบางคนคิดว่าสมการของเขาจะพังทลาย แต่ภาพที่เข้าใจยากนี้ทำให้เกิดคำถามมากมาย ที่นี่มีคำถามของคุณตอบ

หลุมดำคืออะไร

หลุมดำเป็นวัตถุที่มีความหนาแน่นสูงมากซึ่งไม่มีสิ่งใดแม้แต่แสงสามารถหลบหนีได้ เมื่อพวกเขากินสสารใกล้เคียงก็จะมีขนาดโตขึ้น หลุมดำมักก่อตัวเมื่อดาวฤกษ์ดวงใหญ่ตายและทรุดตัวลง

หลุมดำมวลมหาศาลซึ่งมีมวลมหาศาลหรือล้านเท่าเท่าดวงอาทิตย์นั้นคาดว่าจะอยู่ในใจกลางของกาแลคซีเกือบทุกแห่งรวมถึงของเราด้วย ของเราเรียกว่าราศีธนู A *

ทำไมเราไม่เห็นรูปหลุมดำมาก่อน

หลุมดำแม้กระทั่งมวลมหาศาลก็ไม่ได้ใหญ่ขนาดนั้น ตัวอย่างเช่นการถ่ายภาพหลุมดำที่ใจกลางทางช้างเผือกของเราซึ่งคิดว่ามีมวลประมาณ 4 ล้านเท่ามวลดวงอาทิตย์เหมือนกับการถ่ายภาพดีวีดีบนพื้นผิวดวงจันทร์ดิมิทริออส Psaltis นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยแอริโซนาบอกกับ Vox นอกจากนี้หลุมดำมักถูกห่อหุ้มด้วยวัสดุที่สามารถบดบังแสงรอบ ๆ หลุมดำได้

ก่อนหน้าภาพนี้เรารู้ได้อย่างไรว่ามีหลุมดำอยู่

ทฤษฏีสัมพัทธภาพของ Einstein ได้คาดการณ์ไว้ก่อนว่าเมื่อดาวมวลสูงตายไปมันก็ทิ้งแกนกลางที่หนาแน่นไว้ หากแกนกลางนี้มีมวลมหาศาลกว่าดวงอาทิตย์มากกว่าสามเท่าสมการของเขาแสดงให้เห็นว่าแรงโน้มถ่วงทำให้เกิดหลุมดำ

แต่จนถึงเมื่อวาน (10 เมษายน) นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถถ่ายรูปหรือสังเกตหลุมดำโดยตรง ค่อนข้างพวกเขาอาศัยหลักฐานทางอ้อม - พฤติกรรมหรือสัญญาณที่มาจากวัตถุอื่น ๆ ที่อยู่ใกล้เคียง ตัวอย่างเช่นหลุมดำกลืนดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้เกินไป กระบวนการนี้ทำให้ดาวร้อนขึ้นซึ่งทำให้พวกมันเปล่งสัญญาณ X-ray ที่ตรวจจับได้โดยกล้องโทรทรรศน์ บางครั้งหลุมดำก็พ่นอนุภาคที่มีประจุซึ่งเป็นจำนวนมากซึ่งสามารถตรวจจับได้โดยเครื่องมือของเรา

บางครั้งนักวิทยาศาสตร์ก็ศึกษาการเคลื่อนที่ของวัตถุ - หากดูเหมือนว่ามันถูกดึงออกมาอย่างแปลกประหลาดหลุมดำน่าจะเป็นตัวการ

เราเห็นอะไรในภาพ?

หลุมดำปล่อยรังสีออกมาน้อยเกินกว่าที่จะตรวจจับได้ แต่เมื่อ Einstein ทำนายไว้โครงร่างของหลุมดำและขอบฟ้าเหตุการณ์ของมัน - ขอบเขตที่เกินกว่าที่แสงจะหนีไม่พ้น - สามารถมองเห็นได้

ปรากฎว่าเป็นเรื่องจริง วงกลมสีดำที่อยู่ตรงกลางคือ "เงา" ของหลุมดำที่ถูกเปิดเผยโดยแก๊สที่ส่องแสงซึ่งอยู่ที่ขอบฟ้าเหตุการณ์รอบ ๆ (แรงดึงโน้มถ่วงที่รุนแรงของหลุมดำทำให้ก๊าซร้อนมากขึ้นทำให้ปล่อยรังสีออกมาหรือ "เรืองแสง") แต่ก๊าซในเหตุการณ์ขอบฟ้าไม่ใช่สีส้มจริง ๆ แต่นักดาราศาสตร์ที่เกี่ยวข้องในโครงการเลือกที่จะทำสีสัญญาณคลื่นวิทยุสีส้มเพื่อแสดงให้เห็นว่าการปล่อยมลพิษนั้นสดใสเพียงใด

โทนสีเหลืองแสดงถึงการปล่อยที่รุนแรงที่สุดในขณะที่สีแดงแสดงให้เห็นถึงความเข้มที่ลดลงและสีดำแสดงถึงการปล่อยเล็กน้อยหรือไม่มีเลย ในสเปคตรัมที่มองเห็นได้สีของการปล่อยอาจถูกมองด้วยตาเปล่าเป็นสีขาวบางทีอาจมีสีฟ้าหรือแดงปนเล็กน้อย

คุณสามารถอ่านเพิ่มเติมในบทความวิทยาศาสตร์สดนี้

ทำไมภาพถึงเบลอ

ด้วยเทคโนโลยีปัจจุบันนั่นคือความละเอียดสูงสุดที่ทำได้ ความละเอียดของกล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์ประมาณ 20 ไมโครวินาที (หนึ่งไมโครอาร์ควินาทีมีขนาดประมาณหนึ่งจุดเมื่อสิ้นสุดประโยคถ้าคุณดูจากโลกและช่วงเวลานั้นอยู่ในแผ่นพับที่เหลืออยู่บนดวงจันทร์ตามวารสารสมาคมนักดาราศาสตร์สมัครเล่นแห่งนิวยอร์ก)

ถ้าคุณถ่ายภาพธรรมดาที่มีพิกเซลนับล้าน ๆ ระเบิดออกมาสองสามพันครั้งและทำให้เรียบขึ้นคุณจะเห็นความละเอียดแบบเดียวกับที่เห็นในภาพหลุมดำตามที่ Geoffrey Crew รองประธานของ กล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์ แต่เมื่อพิจารณาว่าพวกเขากำลังถ่ายภาพหลุมดำห่างออกไป 55 ล้านปีแสงมันน่าประทับใจมาก

ทำไมแหวนถึงมีรูปร่างผิดปกติ?

นักวิทยาศาสตร์ภารกิจยังไม่ทราบ "คำถามที่ดีและเราหวังว่าจะได้คำตอบในอนาคต" ลูกเรือกล่าว "ในขณะนี้มันเป็นสิ่งที่ M87 แสดงให้เราเห็น"

นักวิทยาศาสตร์จับภาพนี้ได้อย่างไร

นักดาราศาสตร์กว่า 200 คนทั่วโลกทำการตรวจวัดโดยใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุภาคพื้นดินแปดตัวที่รู้จักกันในชื่อ Event Horizon Telescope (EHT) กล้องโทรทรรศน์เหล่านี้มักจะอยู่ในพื้นที่สูงเช่นภูเขาไฟในฮาวายและเม็กซิโกภูเขาในรัฐแอริโซนาและสเปนเซียร่าเนวาดา, ทะเลทรายอาตาคามาและแอนตาร์กติกาตามคำแถลงของมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ

ในเดือนเมษายน 2560 นักดาราศาสตร์ได้ทำการซิงโครไนซ์กล้องโทรทรรศน์ทั้งหมดเพื่อวัดคลื่นวิทยุที่ปล่อยออกมาจากขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำในเวลาเดียวกัน การซิงโครไนซ์กล้องโทรทรรศน์นั้นคล้ายกับการสร้างกล้องโทรทรรศน์ขนาดโลกที่มีความละเอียดที่น่าประทับใจถึง 20 ไมโครวินาที - เพียงพอที่จะอ่านหนังสือพิมพ์ในมือของชาวนิวยอร์กตลอดทางจากร้านกาแฟในปารีสตามคำสั่ง (ในการเปรียบเทียบหลุมดำที่พวกเขาถ่ายนั้นมีขนาดประมาณ 42 ไมโครวินาที)

จากนั้นพวกเขาทำการวัดแบบดิบทั้งหมดวิเคราะห์และรวมเข้ากับภาพที่คุณเห็น

ทำไมนักวิทยาศาสตร์ทำการวัดคลื่นวิทยุแทนที่จะเป็นแสงที่มองเห็นเพื่อจับภาพ?

พวกเขาสามารถรับความละเอียดที่ดีขึ้นโดยใช้คลื่นวิทยุกว่าหากใช้แสงที่มองเห็นได้ "ปัจจุบันคลื่นวิทยุเสนอความละเอียดเชิงมุมที่สูงที่สุดของเทคนิคใด ๆ ในปัจจุบัน" ลูกเรือกล่าว ความละเอียดเชิงมุมหมายถึงความดี (มุมที่เล็กที่สุด) ของกล้องโทรทรรศน์ที่สามารถแยกแยะระหว่างวัตถุสองชิ้นแยกกัน

นี่เป็นภาพถ่ายจริงหรือ

ไม่ไม่ได้อยู่ในความรู้สึกดั้งเดิม "เป็นการยากที่จะสร้างภาพด้วยคลื่นวิทยุ" ลูกเรือกล่าว นักวิทยาศาสตร์ภารกิจตรวจวัดคลื่นวิทยุที่ปล่อยออกมาจากขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำแล้วประมวลผลข้อมูลนั้นด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อสร้างภาพที่คุณเห็น

ภาพนี้พิสูจน์ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์อีกครั้งหรือไม่?

อ๋อ ทฤษฎีสัมพัทธภาพของ Einstein ทำนายว่าหลุมดำนั้นมีอยู่และพวกมันมีขอบเขตของเหตุการณ์ สมการยังคาดการณ์ว่าขอบฟ้าเหตุการณ์ควรค่อนข้างกลมและขนาดควรเกี่ยวข้องโดยตรงกับมวลของหลุมดำ

ทองหล่อและดูเถิด: ขอบฟ้าเหตุการณ์ค่อนข้างกลมและมวลที่อนุมานของหลุมดำตรงกับการประเมินว่ามันควรจะขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของดาวไกลออกไปจากมัน

คุณสามารถอ่านเพิ่มเติมได้ที่ Space.com

ทำไมพวกเขาถึงไม่จับภาพหลุมดำของกาแลคซีของเราแทนที่จะเลือกหนึ่งอันที่อยู่ไกลออกไป

M87 เป็นนักวิจัยหลุมดำคนแรกที่ตรวจวัดดังนั้นพวกเขาจึงวิเคราะห์เป็นครั้งแรกว่า Shep Doeleman ผู้อำนวยการกล้องโทรทรรศน์ฮอไรซอนฮอไรซอนกล่าวระหว่างการแถลงข่าว แต่มันก็เป็นภาพที่ง่ายกว่าเมื่อเทียบกับราศีธนู A * ซึ่งอยู่ใจกลางกาแลคซีของเรา นั่นเป็นเพราะมันอยู่ไกลเกินกว่าจะไม่ "ขยับ" มากในช่วงเย็นของการวัด ราศีธนู A * อยู่ใกล้มากดังนั้นจึงไม่เป็น "คงที่" ในท้องฟ้า ไม่ว่าในกรณีใด "เรารู้สึกตื่นเต้นมากที่ได้ทำงานกับ Sag A *" โดเอลแมนกล่าว "เราไม่ได้สัญญาอะไรเลย แต่เราหวังว่าจะได้ในไม่ช้า"