เมื่อเร็วๆ นี้ วิทยาศาสตร์ได้กลายเป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าหลุมดำคืออะไร แต่ทันทีที่นักวิทยาศาสตร์ค้นพบปรากฏการณ์ของจักรวาลนี้ สิ่งใหม่ๆ ที่ซับซ้อนและน่าสับสนก็ตกลงมาสู่พวกมัน นั่นคือหลุมดำมวลมหาศาล ซึ่งคุณไม่สามารถเรียกได้ว่าเป็นสีดำด้วยซ้ำ แต่กลับเป็นสีขาวอย่างน่าทึ่ง ทำไม แต่เนื่องจากมันเป็นคำจำกัดความที่แม่นยำซึ่งถูกกำหนดให้กับศูนย์กลางของกาแลคซีแต่ละแห่งซึ่งเรืองแสงและส่องแสง แต่เมื่อคุณไปถึงที่นั่น และนอกจากความมืดแล้ว ไม่มีอะไรเหลืออยู่ ปริศนาอะไรแบบนี้
บันทึกเกี่ยวกับหลุมดำ
เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าหลุมดำธรรมดาเป็นดาวฤกษ์ที่เคยส่องแสง ในช่วงเวลาหนึ่งของการดำรงอยู่ แรงโน้มถ่วงของมันเริ่มเพิ่มขึ้นมากเกินไป ในขณะที่รัศมียังคงเท่าเดิม หากก่อนหน้านี้ดาวฤกษ์ "ระเบิด" และมันก็โตขึ้น ตอนนี้กองกำลังที่รวมตัวอยู่ในแกนกลางของมันก็เริ่มดึงดูดส่วนประกอบอื่นๆ ทั้งหมดมาสู่ตัวมันเอง ขอบของมัน "ยุบ" ตรงกลาง ทำให้เกิดการยุบตัวที่น่าทึ่ง ซึ่งกลายเป็นหลุมดำ "ดาวในอดีต" ดังกล่าวไม่ส่องแสงอีกต่อไป แต่มองไม่เห็นจากภายนอกอย่างแน่นอนวัตถุของจักรวาล แต่เห็นได้ชัดเจนมาก เนื่องจากดูดซับทุกสิ่งที่ตกลงไปในรัศมีความโน้มถ่วงอย่างแท้จริง ไม่มีใครรู้ว่าอะไรอยู่นอกเหนือขอบฟ้าเหตุการณ์ดังกล่าว ตามข้อเท็จจริง ร่างกายใดๆ ที่มีแรงโน้มถ่วงมหาศาลเช่นนั้นจะบดขยี้อย่างแท้จริง อย่างไรก็ตาม เมื่อเร็ว ๆ นี้ ไม่เพียงแต่นักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงนักวิทยาศาสตร์ด้วยว่าสิ่งเหล่านี้อาจเป็นอุโมงค์อวกาศสำหรับการเดินทางระยะไกล
ควาซาร์คืออะไร
คุณสมบัติที่คล้ายกันมีหลุมดำมวลมหาศาลหรืออีกนัยหนึ่งคือควาซาร์ นี่คือแกนกลางของดาราจักรซึ่งมีสนามโน้มถ่วงที่ทรงพลังอย่างยิ่งที่มีอยู่เนื่องจากมวลของมัน (มวลดวงอาทิตย์นับล้านหรือพันล้าน) หลักการก่อตัวของหลุมดำมวลยวดยิ่งยังไม่ได้รับการจัดตั้งขึ้น ตามเวอร์ชันหนึ่ง สาเหตุของการยุบดังกล่าวคือเมฆก๊าซที่ถูกบีบอัดมากเกินไป ก๊าซที่มีการปล่อยก๊าซออกมาอย่างมาก และอุณหภูมิสูงอย่างเหลือเชื่อ รุ่นที่สองเป็นการเพิ่มมวลของหลุมดำขนาดเล็กต่างๆ ดวงดาวและเมฆไปยังจุดศูนย์ถ่วงเดียว
กาแล็กซี่ของเรา
หลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางทางช้างเผือกไม่ใช่กลุ่มที่ทรงพลังที่สุด ความจริงก็คือว่ากาแลคซีเองก็มีโครงสร้างแบบก้นหอย ซึ่งในทางกลับกัน บังคับให้ผู้เข้าร่วมทั้งหมดของมันเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วและสม่ำเสมอ ดังนั้น แรงโน้มถ่วงที่สามารถกระจุกตัวอยู่ในควาซาร์เท่านั้น ดูเหมือนว่าจะสลายตัวและเพิ่มขึ้นอย่างสม่ำเสมอจากขอบถึงแกนกลาง มันง่ายที่จะเดาว่าสิ่งต่าง ๆ เป็นวงรีหรือพูดผิดปกติกาแล็กซีอยู่ตรงข้าม ในพื้นที่ "ชานเมือง" นั้นหายากมาก ดาวเคราะห์และดวงดาวแทบไม่ขยับเลย แต่ในควาซาร์เอง ชีวิตมีอยู่มากมาย
พารามิเตอร์ของควาซาร์ทางช้างเผือก
การใช้คลื่นวิทยุ นักวิจัยสามารถคำนวณมวลของหลุมดำมวลมหาศาล รัศมี และแรงโน้มถ่วงของมันได้ ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น ควาซาร์ของเราสลัว เป็นการยากที่จะเรียกมันว่ามีพลังมหาศาล แต่แม้แต่นักดาราศาสตร์เองก็ไม่ได้คาดหวังว่าผลลัพธ์ที่แท้จริงจะเป็นแบบนั้น ดังนั้นราศีธนู A (นั่นคือชื่อของแกนกลาง) เท่ากับสี่ล้านมวลดวงอาทิตย์ นอกจากนี้ ตามข้อมูลที่ชัดเจน หลุมดำนี้ไม่ดูดซับสสาร และวัตถุที่อยู่ในสิ่งแวดล้อมก็ไม่ร้อนขึ้น ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจยังสังเกตเห็น: ควาซาร์ถูกฝังอยู่ในเมฆก๊าซอย่างแท้จริงซึ่งเป็นเรื่องที่หายากมาก บางทีวิวัฒนาการของหลุมดำมวลมหาศาลของกาแลคซีของเราเพิ่งเริ่มต้น และในอีกพันล้านปีข้างหน้ามันจะกลายเป็นยักษ์ตัวจริงที่ไม่เพียงดึงดูดระบบดาวเคราะห์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงกระจุกดาวอื่นๆ ที่มีขนาดเล็กกว่าด้วย
ไม่ว่ามวลของควาซาร์ของเราจะเล็กเพียงใด นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ทั้งหมดต่างก็หลงอยู่ในรัศมีของมัน ในทางทฤษฎี ระยะทางดังกล่าวสามารถเอาชนะได้ภายในเวลาไม่กี่ปีบนยานอวกาศสมัยใหม่ลำใดลำหนึ่ง ขนาดของหลุมดำมวลยวดยิ่งเกินระยะทางเฉลี่ยจากโลกถึงดวงอาทิตย์เล็กน้อย กล่าวคือ เป็นดาราศาสตร์ 1.2 ดวงหน่วย รัศมีความโน้มถ่วงของควาซาร์นี้เล็กกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางหลัก 10 เท่า ด้วยตัวชี้วัดดังกล่าว แน่นอนว่าสสารไม่สามารถแยกแยะได้จนกว่าจะข้ามขอบฟ้าเหตุการณ์โดยตรง
ข้อเท็จจริงขัดแย้ง
กาแล็กซีทางช้างเผือกอยู่ในหมวดหมู่ของกระจุกดาวอายุน้อยและกระจุกดาวใหม่ สิ่งนี้พิสูจน์ได้ไม่เพียงแค่อายุ พารามิเตอร์ และตำแหน่งบนแผนที่ของอวกาศที่มนุษย์รู้จัก แต่ยังรวมถึงพลังที่หลุมดำมวลมหาศาลของมันมีอยู่ด้วย อย่างไรก็ตาม ตามที่ปรากฏ ไม่เพียงแต่วัตถุอวกาศรุ่นเยาว์เท่านั้นที่สามารถมีพารามิเตอร์ที่ "ไร้สาระ" ได้ ควอซาร์จำนวนมากซึ่งมีพลังและความโน้มถ่วงที่เหลือเชื่อ ทำให้ประหลาดใจกับคุณสมบัติของพวกมัน:
- อากาศธรรมดามักจะหนาแน่นกว่าหลุมดำมวลมหาศาล
- เมื่อเข้าสู่ขอบฟ้าเหตุการณ์ ร่างกายจะไม่ประสบกับกระแสน้ำ ความจริงก็คือศูนย์กลางของภาวะเอกฐานนั้นลึกพอ และเพื่อที่จะไปให้ถึงนั้น คุณจะต้องไปไกลๆ โดยไม่สงสัยว่าจะไม่มีทางหวนกลับคืนมา
ยักษ์ในจักรวาลของเรา
หนึ่งในวัตถุที่ใหญ่โตและเก่าแก่ที่สุดในอวกาศคือหลุมดำมวลมหาศาลในควาซาร์ OJ 287 นี่คือหลุมดำทั้งหมดที่อยู่ในกลุ่มดาวมะเร็งซึ่งยังมองไม่เห็นจาก โลก. มันขึ้นอยู่กับระบบเลขฐานสองของหลุมดำ ดังนั้นจึงมีขอบฟ้าเหตุการณ์สองแห่งและจุดเอกฐานสองจุด วัตถุที่ใหญ่กว่านี้มีมวล 18 พันล้านมวลดวงอาทิตย์ เกือบจะเหมือนกับดาราจักรขนาดเล็กที่เต็มเปี่ยม ตัวแสดงร่วมนี้เป็นแบบคงที่ เฉพาะวัตถุที่กระทบเท่านั้นที่หมุนรัศมีแรงโน้มถ่วง ระบบที่เล็กกว่านั้นมีน้ำหนัก 100 ล้านมวลดวงอาทิตย์และมีคาบการโคจรถึง 12 ปีด้วย
ย่านอันตราย
กาแล็กซี OJ 287 และทางช้างเผือกถูกค้นพบว่าเป็นเพื่อนบ้าน - ระยะห่างระหว่างพวกเขาอยู่ที่ประมาณ 3.5 พันล้านปีแสง นักดาราศาสตร์ไม่ได้แยกรุ่นที่ในอนาคตอันใกล้วัตถุจักรวาลทั้งสองนี้จะชนกัน ก่อตัวเป็นโครงสร้างดาวที่ซับซ้อน ตามเวอร์ชันหนึ่ง เป็นเพราะการเข้าใกล้ของยักษ์โน้มถ่วงที่ทำให้การเคลื่อนที่ของระบบดาวเคราะห์ในดาราจักรของเราเร่งตัวขึ้นเรื่อยๆ และดวงดาวก็ร้อนขึ้นและมีการเคลื่อนไหวมากขึ้น
หลุมดำมวลมหาศาลนั้นเป็นสีขาวจริงๆ
ในตอนต้นของบทความ ประเด็นที่ละเอียดอ่อนมากถูกหยิบยกขึ้นมา: สีที่ควาซาร์ที่ทรงพลังที่สุดยืนอยู่ต่อหน้าเราแทบจะเรียกได้ว่าเป็นสีดำเลย ด้วยตาเปล่า แม้แต่ในภาพถ่ายที่ง่ายที่สุดของกาแลคซีใดๆ คุณจะเห็นว่าจุดศูนย์กลางของมันคือจุดสีขาวขนาดใหญ่ ทำไมเราถึงคิดว่ามันเป็นหลุมดำมวลมหาศาล? ภาพถ่ายที่ถ่ายด้วยกล้องโทรทรรศน์แสดงให้เราเห็นกระจุกดาวขนาดใหญ่ที่แกนกลางดึงดูดด้วยตัวมันเอง ดาวเคราะห์และดาวเคราะห์น้อยที่โคจรอยู่ใกล้เคียงสะท้อนแสงเนื่องจากอยู่ใกล้กัน จึงทำให้แสงทั้งหมดที่อยู่ใกล้เคียงทวีคูณขึ้น เนื่องจากควาซาร์ไม่ลากวัตถุที่อยู่ใกล้เคียงทั้งหมดด้วยความเร็วปานสายฟ้า แต่ให้พวกมันอยู่ในรัศมีความโน้มถ่วงเท่านั้น พวกมันจะไม่หายไป แต่เริ่มเรืองแสงมากขึ้นอีก เนื่องจากอุณหภูมิของพวกมันเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ตามปกติหลุมดำที่มีอยู่ในอวกาศชื่อของพวกเขานั้นสมเหตุสมผลอย่างสมบูรณ์ ขนาดค่อนข้างเล็ก แต่แรงโน้มถ่วงมีมหาศาล พวกเขาเพียงแค่ "กิน" ไฟโดยไม่ปล่อยควอนตัมเดียวออกจากธนาคาร
โรงภาพยนตร์กับหลุมดำมวลมหาศาล
Gargantua - คำนี้ที่มนุษย์ใช้กันอย่างแพร่หลายในความสัมพันธ์กับหลุมดำหลังจากภาพยนตร์เรื่อง "Interstellar" ออกฉาย เมื่อดูภาพนี้แล้ว เป็นเรื่องยากที่จะเข้าใจว่าทำไมจึงเลือกชื่อนี้โดยเฉพาะและมีความเชื่อมโยงกันอย่างไร แต่สคริปต์ต้นฉบับวางแผนที่จะสร้างหลุมดำสามแห่ง โดยสองหลุมนั้นมีชื่อว่า Gargantua และ Pantagruel ซึ่งนำมาจากนวนิยายเสียดสีโดย Francois Rabelais หลังจากการเปลี่ยนแปลงทำ "รูกระต่าย" เหลือเพียงตัวเดียวเท่านั้นซึ่งเลือกชื่อแรก เป็นที่น่าสังเกตว่าในภาพยนตร์เรื่องนี้มีการแสดงภาพหลุมดำอย่างสมจริงที่สุด เพื่อที่จะพูด นักวิทยาศาสตร์ Kip Thorne เป็นผู้ออกแบบรูปลักษณ์ของเธอ ซึ่งอิงจากคุณสมบัติที่ศึกษาของวัตถุในอวกาศเหล่านี้
เรารู้จักหลุมดำได้อย่างไร
ถ้าไม่ใช่เพราะทฤษฎีสัมพัทธภาพซึ่งถูกเสนอโดยอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์เมื่อต้นศตวรรษที่ 20 คงไม่มีใครสนใจวัตถุลึกลับเหล่านี้ด้วยซ้ำ หลุมดำมวลมหาศาลจะถือเป็นกระจุกดาวธรรมดาที่อยู่ใจกลางดาราจักร และหลุมดำขนาดเล็กธรรมดาจะไม่มีใครสังเกตเห็นเลย แต่วันนี้ต้องขอบคุณการคำนวณทางทฤษฎีและการสังเกตว่ายืนยันความถูกต้องเราสามารถสังเกตปรากฏการณ์เช่นความโค้งของกาลอวกาศได้ นักวิทยาศาสตร์สมัยใหม่กล่าวว่าการหา "โพรงกระต่าย" ไม่ใช่เรื่องยาก รอบๆ วัตถุดังกล่าว สสารมีพฤติกรรมผิดธรรมชาติ ไม่เพียงแต่หดตัวเท่านั้น แต่บางครั้งก็เรืองแสงด้วย รัศมีสว่างก่อตัวขึ้นรอบๆ จุดสีดำ ซึ่งมองเห็นได้ผ่านกล้องโทรทรรศน์ ธรรมชาติของหลุมดำช่วยให้เราเข้าใจประวัติศาสตร์ของการก่อตัวของจักรวาลในหลาย ๆ ด้าน ที่จุดศูนย์กลางของพวกเขาเป็นจุดของภาวะเอกฐาน คล้ายกับจุดศูนย์กลางที่โลกทั้งใบรอบตัวเราพัฒนาขึ้นมาก่อนหน้านี้
ยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัดว่าจะเกิดอะไรขึ้นกับบุคคลที่ข้ามขอบฟ้าของงาน แรงโน้มถ่วงจะบดขยี้เขาหรือเขาจะจบลงที่ที่ต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง? สิ่งเดียวที่สามารถพูดได้อย่างมั่นใจคือ มหึมานั้นทำให้เวลาช้าลง และเมื่อถึงจุดหนึ่ง เข็มนาฬิกาจะหยุดอย่างสมบูรณ์และไม่สามารถเพิกถอนได้