เครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุระหว่างประเทศได้สร้างภาพโคลสอัพเงาดำของหลุมดำเป็นครั้งแรกซึ่งนักวิทยาศาสตร์เปิดเผยเมื่อเช้านี้ (10 เมษายน) การทำงานร่วมกันที่เรียกว่า Event Horizon Telescope ยืนยันการคาดการณ์หลายสิบปีว่าแสงจะทำตัวอย่างไรกับวัตถุที่มืดเหล่านี้และสร้างเวทีสำหรับยุคใหม่ของดาราศาสตร์หลุมดำ
Erin Bonning นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์และนักวิจัยหลุมดำจากมหาวิทยาลัย Emory กล่าวว่าจากระดับศูนย์จนน่าทึ่งมันน่าทึ่งมาก
"นั่นคือสิ่งที่ฉันคาดไว้" เธอบอกกับ Live Science
การประกาศดังกล่าวถูกล้อเล่นเป็นเวลาประมาณหนึ่งสัปดาห์ครึ่งล่วงหน้าซึ่งสามารถทำให้ทั้งตื่นเต้นและเหลือเชื่อโดยไม่มีรายละเอียดที่น่าประหลาดใจหรือฟิสิกส์ใหม่เกือบทั้งหมด ฟิสิกส์ไม่พัง ไม่มีการเปิดเผยคุณสมบัติที่ไม่คาดคิดของหลุมดำ ภาพตัวเองเกือบจะเป็นคู่ที่สมบูรณ์แบบสำหรับภาพประกอบของหลุมดำที่เราเคยเห็นในวิทยาศาสตร์และวัฒนธรรมป๊อป ความแตกต่างใหญ่คือมันพร่ามัวมาก
มีคำถามสำคัญหลายข้อเกี่ยวกับหลุมดำที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขอย่างไรก็ตามบอนนิ่งกล่าว
หลุมดำสร้างไอพ่นอันร้อนแรงและเร็วของพวกมันได้อย่างไร
หลุมดำมวลมหาศาลทั้งหมดมีความสามารถในการเคี้ยววัตถุใกล้เคียงดูดซับส่วนใหญ่ผ่านเหตุการณ์ขอบฟ้าและคายส่วนที่เหลือออกสู่อวกาศด้วยความเร็วแสงใกล้ในหอคอยที่มีแสงจ้านักดาราศาสตร์ฟิสิกส์เรียกว่า "ไอพ่น relativistic"
และหลุมดำที่ใจกลางของ Virgo A (หรือที่เรียกว่า Messier 87) นั้นขึ้นชื่อในเรื่องของเครื่องบินไอพ่นที่น่าประทับใจพ่นและฉายรังสีไปทั่วอวกาศ เครื่องบินไอพ่นสัมพันธ์นั้นมีขนาดใหญ่มากจนสามารถหนีกาแลคซีรอบ ๆ ได้อย่างเต็มที่
และนักฟิสิกส์รู้จังหวะที่กว้างของสิ่งที่เกิดขึ้น: วัสดุเร่งความเร็วเป็นอย่างมากเมื่อมันตกลงไปในแรงโน้มถ่วงของหลุมดำดีจากนั้นบางส่วนก็หนีออกมาในขณะที่ยังคงความเฉื่อยนั้นไว้ แต่นักวิทยาศาสตร์ไม่เห็นด้วยกับรายละเอียดว่าเกิดอะไรขึ้น ภาพนี้และเอกสารที่เกี่ยวข้องยังไม่มีรายละเอียดใด ๆ
การหาว่า Bonning พูดว่าจะเป็นเรื่องของการเชื่อมโยงการสำรวจกล้องโทรทรรศน์ Horizo ns Horizons ซึ่งครอบคลุมพื้นที่ขนาดเล็กพอสมควรด้วยภาพขนาดใหญ่กว่าของเครื่องบินไอพ่นสัมพันธ์
ในขณะที่นักฟิสิกส์ยังไม่มีคำตอบเธอกล่าวว่ามีโอกาสดีที่พวกเขาจะมาเร็ว ๆ นี้ - โดยเฉพาะเมื่อการทำงานร่วมกันสร้างภาพของเป้าหมายที่สอง: หลุมดำมวลมหาศาล Sagittarius A * ที่ใจกลางกาแลคซีของเราเองซึ่ง ไม่ได้ผลิตไอพ่นอย่าง Virgo A เธอเปรียบเทียบภาพสองภาพนี้อาจมีความชัดเจน
ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและกลศาสตร์ควอนตัมเข้ากันได้อย่างไร?
เมื่อใดก็ตามที่นักฟิสิกส์มารวมตัวกันเพื่อพูดคุยเกี่ยวกับการค้นพบใหม่ที่น่าตื่นเต้นจริง ๆ คุณสามารถคาดหวังว่าจะได้ยินคนแนะนำว่ามันอาจช่วยอธิบาย "แรงโน้มถ่วงควอนตัม"
นั่นเป็นเพราะแรงโน้มถ่วงควอนตัมเป็นสิ่งที่ไม่รู้จักในฟิสิกส์ ประมาณหนึ่งศตวรรษนักฟิสิกส์ได้ทำงานโดยใช้กฎสองชุดที่แตกต่างกัน: ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปซึ่งครอบคลุมสิ่งที่ใหญ่มากเช่นแรงโน้มถ่วงและกลศาสตร์ควอนตัมซึ่งครอบคลุมสิ่งเล็ก ๆ น้อย ๆ ปัญหาคือหนังสือสองเล่มนี้ขัดแย้งกันโดยตรง กลศาสตร์ควอนตัมไม่สามารถอธิบายแรงโน้มถ่วงได้และสัมพัทธภาพไม่สามารถอธิบายพฤติกรรมควอนตัมได้
สักวันหนึ่งนักฟิสิกส์หวังว่าจะเชื่อมโยงทั้งสองเข้าด้วยกันในทฤษฎีเอกภาพที่ยิ่งใหญ่น่าจะเกี่ยวข้องกับแรงโน้มถ่วงควอนตัมบางประเภท
และก่อนที่จะมีการประกาศในวันนี้มีการคาดเดาว่ามันอาจรวมถึงการพัฒนาบางอย่างในเรื่อง (หากการคาดคะเนของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปไม่ได้เกิดขึ้นในภาพนั่นจะทำให้ลูกเคลื่อนที่ไปข้างหน้า) ในระหว่างการรายงานข่าวจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ Avery Broderick นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยวอเตอร์ลูในแคนาดาและผู้ทำงานร่วมกัน ในโครงการแนะนำประเภทของคำตอบเหล่านั้นอาจจะมา
แต่บอนนิ่งก็สงสัยในข้อเรียกร้องนั้น ภาพนี้ไม่น่าแปลกใจอย่างสิ้นเชิงจากมุมมองสัมพัทธภาพทั่วไปดังนั้นจึงไม่มีฟิสิกส์ใหม่ที่อาจปิดช่องว่างระหว่างสองฟิลด์ Bonning กล่าว
ถึงกระนั้นก็ไม่ใช่เรื่องแปลกที่ผู้คนหวังว่าจะได้รับคำตอบจากการสังเกตแบบนี้เธอกล่าวว่าเนื่องจากเงาของหลุมดำทำให้กองกำลังสัมพัทธภาพเข้าสู่พื้นที่ขนาดเล็กขนาดควอนตัม
“ เราคาดว่าจะเห็นแรงโน้มถ่วงควอนตัมอย่างมากใกล้กับขอบฟ้าเหตุการณ์หรือเร็วมากในช่วงต้นของจักรวาล” เธอกล่าว
แต่ด้วยความละเอียดที่ไม่ชัดเจนของกล้องโทรทรรศน์ Event Horizons เธอกล่าวว่าเราไม่น่าจะพบเอฟเฟ็กต์เหล่านั้นแม้จะมีการอัพเกรดตามแผน
ทฤษฎีของสตีเฟ่นฮอว์คิงถูกต้องเหมือนกับไอน์สไตน์หรือไม่?
นักฟิสิกส์ที่มีชื่อเสียงที่สุดของ Stephen Hawking ในช่วงต้น ๆ ของอาชีพคือแนวคิดของ "รังสีฮอว์คิง" - หลุมดำนั้นไม่ใช่สีดำจริง ๆ แต่ปล่อยรังสีเพียงเล็กน้อยในช่วงเวลาหนึ่ง ผลลัพธ์นั้นสำคัญอย่างยิ่งเพราะแสดงให้เห็นว่าเมื่อหลุมดำหยุดการเจริญเติบโตมันจะเริ่มหดตัวช้าลงมากจากการสูญเสียพลังงาน
แต่กล้องโทรทรรศน์ฮอริซอนเหตุการณ์ไม่ยืนยันหรือปฏิเสธทฤษฎีนี้บอนนิ่งกล่าวไม่ใช่ทุกคนที่คาดหวัง
เธอกล่าวว่าหลุมดำขนาดยักษ์ที่อยู่ในราศีกันย์เอปล่อยรังสีฮอว์คิงเพียงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับขนาดโดยรวม ในขณะที่เครื่องมือขั้นสูงที่สุดของเราสามารถตรวจจับแสงจ้าของขอบเขตเหตุการณ์ของพวกเขาได้มีโอกาสน้อยที่พวกเขาจะเปล่งแสงสลัวพิเศษของพื้นผิวหลุมดำมวลยวดยิ่ง
เธอกล่าวว่าผลลัพธ์เหล่านั้นน่าจะมาจากหลุมดำที่เล็กที่สุดซึ่งเป็นวัตถุทางทฤษฎีที่มีอายุสั้นมากจนคุณอาจใส่ขอบฟ้าเหตุการณ์ทั้งหมดไว้ในมือของคุณ ด้วยโอกาสในการสังเกตการณ์อย่างใกล้ชิดและมีรังสีมากขึ้นเมื่อเทียบกับขนาดโดยรวมในที่สุดมนุษย์อาจจะคิดออกว่าจะผลิตหรือหาสิ่งใดและตรวจจับรังสีของมันได้ในที่สุด
แล้วเราเรียนรู้อะไรจากภาพนี้จริง ๆ ?
ครั้งแรกนักฟิสิกส์ได้เรียนรู้ว่า Einstein ถูกต้องอีกครั้ง ขอบของเงาเท่าที่กล้องโทรทรรศน์ Horizo ns สามารถมองเห็นได้เป็นวงกลมที่สมบูรณ์แบบเช่นเดียวกับนักฟิสิกส์ในศตวรรษที่ 20 ที่ทำงานกับสมการทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein ที่ทำนายไว้
“ ฉันไม่คิดว่าจะมีใครควรแปลกใจเมื่อยังมีการทดสอบสัมพัทธภาพทั่วไปอีกครั้ง” บอนนิ่งกล่าว “ ถ้าพวกเขาเดินบนเวทีและบอกว่าทฤษฏีสัมพัทธภาพทั่วไปเสียแล้วฉันก็จะล้มเก้าอี้ของฉัน”
เธอกล่าวว่าผลลัพธ์ที่ได้จากการใช้งานจริงในทันทีนั้นเป็นภาพที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถตรวจสอบมวลของหลุมดำมวลมหาศาลนี้ได้อย่างแม่นยำซึ่งอยู่ห่างจากใจกลางกาแลกซี่ A ไป 55 ล้านปีแสง มันมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ของเราถึง 6.5 พันล้านเท่า
นั่นเป็นเรื่องใหญ่ Bonning พูดเพราะมันสามารถเปลี่ยนวิธีที่นักฟิสิกส์ชั่งน้ำหนักหลุมดำมวลมหาศาลที่หัวใจอื่น ๆ กาแลคซีไกลโพ้นมากขึ้นหรือเล็กลง
ตอนนี้นักฟิสิกส์มีการวัดที่แม่นยำของมวลของหลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางทางช้างเผือกบอนนิ่งกล่าวเพราะพวกเขาสามารถดูว่าแรงโน้มถ่วงของมันเคลื่อนตัวดาวแต่ละดวงในละแวกใกล้เคียงได้อย่างไร
แต่ในกาแลคซีอื่น ๆ กล้องโทรทรรศน์ของเราไม่สามารถเห็นการเคลื่อนที่ของดาวแต่ละดวงได้เธอกล่าว ดังนั้นนักฟิสิกส์จึงติดอยู่กับการตรวจจับที่รุนแรงกว่า: มวลของหลุมดำมีอิทธิพลต่อแสงที่มาจากชั้นของดาวในกาแลคซีต่าง ๆ อย่างไรหรือมวลของมันมีอิทธิพลต่อแสงที่มาจากชั้นก๊าซอิสระลอยในกาแลคซี
แต่การคำนวณเหล่านั้นไม่สมบูรณ์เธอกล่าว
“ คุณต้องจำลองระบบที่ซับซ้อนมาก” เธอกล่าว
และวิธีการทั้งสองจบลงด้วยการสร้างผลลัพธ์ที่แตกต่างกันบ้างในนักฟิสิกส์กาแลคซีทุกคนสังเกต แต่อย่างน้อยสำหรับหลุมดำในกันย์เอตอนนี้เรารู้แล้วว่าวิธีหนึ่งถูกต้อง
“ การหามวลดวงอาทิตย์ของเราถึง 6.5 พันล้านดวงนั้นจบลงที่จุดสูงสุดของมวลที่หนักกว่า” Sera Markoff นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยอัมสเตอร์ดัมและผู้ทำงานร่วมกันในโครงการกล่าวในการแถลงข่าว
นั่นไม่ได้หมายความว่านักฟิสิกส์จะส่งคำสั่งไปยังการวัดมวลหลุมดำเพียงอย่างเดียว Bonning กล่าว แต่มันมีจุดข้อมูลที่สำคัญสำหรับการปรับการคำนวณในอนาคต
