จันทราไขปริศนาหลุมดำ
 การที่หลุมดำสามารถดูดสสารจากดาวฤกษ์ข้างเคียงจำเป็นต้องอาศัยกระบวนการทางแม่เหล็กด้วย ไม่ใช่แค่แรงโน้มถ่วงเพียงอย่างเดียว นี่เป็นข้อสรุปที่ได้จากการวัดรังสี X ครั้งใหม่ โดยรังสีในช่วงพลังงานสูงนี้ถูกปลดปล่อยออกมาโดยก๊าซที่อยู่รอบ ๆ หลุมดำอันหนึ่งในกาแลกซี่ทางช้างเผือกของเรา. นักวิจัยประสบความสำเร็จอย่างน่ามหัศจรรย์ พวกเขาพบว่าผลการวัดสเปกตรัมรังสี X จากหลุมดำโดยดาวเทียมสำรวจอวกาศ Chandra X-ray Observatory หรือเรียกสั้น ๆ ว่า จันทรา สอดคล้องกันกับการคำนวณจากแบบจำลองทางทฤษฎีราวกับเป็นการเทียบลายนิ้วมือเลยทีเดียว. แบบจำลองที่ใช้ได้ดีนี้บ่งบอกโดยทางอ้อมว่า สนามแม่เหล็กที่ทรงพลังในก๊าซรอบ ๆ หลุมดำ คือกุญแจสำคัญในกระบวนการปลดปล่อยรังสี X รอบหลุมดำ เฉิดฉายประกายเอกภพ ประมาณการกันว่ากว่าหนึ่งในสี่ของรังสีทั้งหมดในเอกภพที่ปลดปล่อยมานับตั้งแต่บิ๊กแบง มาจากปรากฏการณ์ที่สสารไหลลงสู่ supermassive blackhole (หลุมดำประเภทที่มีมวลมากมหาศาล) ซึ่งรวมไปถึง ควอซาร์ (quasar) อันเป็นเทหวัตถุที่ปลดปล่อยพลังงานออกมาในระดับเทียบเท่ากับพลังงานที่ออกมาจากหลายร้อยกาแลกซี่รวมกัน เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้ความบากบั่นในการทำความเข้าใจในเรื่องที่ว่า หลุมดำ ซึ่งตามทฤษฎีน่าจะเป็นวัตถุที่มืดที่สุดในเอกภพอันเนื่องมาจากการที่ไม่มีสิ่งใดแม้แต่อนุภาคแสงหลุดรอดออกมาได้ กลับมีรังสีออกมามากมายอย่างนั้นได้อย่างไร ด้วยแรงโน้มถ่วงอันมหาศาลของหลุมดำ มันจะดึงดูดก๊าซและฝุ่นโดยรอบเข้ามาหาตัว. ก่อนที่สสารเหล่านี้จะไหลเข้าไปใกล้หลุมดำมากเสียจนถึงในเขตแดนที่ไม่มีสิ่งใดได้กลับออกมาอีก ซึ่งเรียกกันว่า event horizon พวกมันจะสะสมตัวกันขณะวิ่งไหลวนอยู่รอบๆ หลุมดำในรูปของแผ่นจานที่เรียกว่า accretion disk (อาจแปลเป็นไทยได้ว่า แผ่นจานสะสมมวล) คล้ายกับการที่มีสสารสะสมกันเป็นวงแหวนรอบดาวเสาร์ ด้วยกลไกอะไรบางอย่างในแผ่นจานนี้ซึ่งยังไม่ทราบแน่ชัด สสารที่เป็นก๊าซร้อนจัดก็ปลดปล่อยรังสี X ออกมา และเมื่อถูกตรวจวัดได้โดยนักดาราศาสตร์ มันจึงเป็นหลักฐานว่ามีหลุมดำอยู่ในตำแหน่งนั้น. นั่นหมายความว่าเราไม่ได้เห็นตัวหลุมดำ แต่รู้ตำแหน่งของมันจาก เสื้อคลุม เรืองแสงรังสี X ข้อมูลรังสี X จากจันทราได้ให้การอธิบายที่ชัดเจนเป็นครั้งแรกว่า ตัวการขับเคลื่อนให้เกิดกลไกดังกล่าวก็คือ สนามแม่เหล็ก กล้องโทรทรรศน์สำรวจอวกาศจันทราติดตามวัดระบบหลุมดำแห่งหนึ่งในกาแลกซี่ของเรา ซึ่งรู้จักกันในชื่อ GRO J1655-40 (เรียกสั้น ๆ ว่า J1655) ในระบบหลุมดำแห่งนั้นซึ่งประกอบด้วยหนึ่งหลุมดำกับหนึ่งดาวฤกษ์ หลุมดำกำลังดูดสสารจากดาวที่อยู่เคียงคู่ เข้าไปสู่จานสะสม. หลุมดำ ในแง่ของวัตถุทางดาราศาสตร์ สามารถแบ่งออกเป็น 3 ประเภทตามขนาดของมัน คือ stellar blackhole [มีมวลประมาณ 5-100 เท่าของดวงอาทิตย์], mid-mass blackhole [มีมวลประมาณ 500-1000 เท่าของดวงอาทิตย์] และ supermassive blackhole [มีมวลในระดับของล้านดวงอาทิตย์]. สำหรับหลุมดำในระบบ J1655 เป็นประเภท stellar blackhole J1655 ถือว่าเป็นหลุมดำที่อยู่ใกล้กับโลกเราแห่งหนึ่ง. ถึงแม้หลุมดำจะมีขนาดแตกต่างกันไป พวกเราสามารถใช้ J1655 เป็นตัวแบบในการเข้าใจวิวัฒนาการของหลุมดำทุก ๆ แห่งได้ ซึ่งรวมถึงควอซาร์ด้วย กล่าวโดย จอน เอ็ม มิลเลอร์ (Jon M. Miller) แห่งมหาวิทยาลัยแห่งมิชิแกน เมืองแอนอาร์เบอร์ มลรัฐมิชิแกน สหรัฐอเมริกา. สนามแม่เหล็กมีบทบาทสำคัญ ลำพังแรงโน้มถ่วงจากหลุมดำเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอที่จะทำให้ก๊าซใน accretion disk รอบ ๆ หลุมดำสูญเสียพลังงานและตกลงสู่หลุมดำในอัตราเร็วที่นักดาราศาสตร์ตรวจวัดได้. ก๊าซจะต้องสูญเสียโมเมนตัมเชิงมุมในการหมุนโคจรรอบหลุมดำบางส่วนไป ไม่ว่าด้วยแรงเสียดทานใน accretion disk หรือด้วยกระแสของก๊าซที่พุ่งออกจากหลุมดำซึ่งเรียกว่า wind ก่อนที่ก๊าซจะหมุนวนลงสู่หลุมดำ. ถ้าไม่มีสิ่งเหล่านี้ สสารก็จะยังคงหมุนอยู่ในวงโคจรรอบ ๆ หลุมดำเป็นเวลานานมาก. นักวิทยาศาสตร์บางท่านเสนอความคิดว่าความแปรปรวนทางแม่เหล็กที่เรียกว่า magnetic turbulence สามารถทำให้มีความเสียดทานใน accretion disk ได้ และเป็นตัวการทำให้เกิดกระแส wind ออกมาได้. และทั้งสองอย่างนี้มีผลให้โมเมนตัมเชิงมุมลดลง ทำให้ก๊าซตกลงไปในหลุมดำได้เร็วขึ้น. โดยใช้จันทรา ดร. มิลเลอร์และทีมงานของเขาได้ให้หลักฐานที่สำคัญยิ่งในเรื่องบทบาทของสนามแม่เหล็กในกระบวนการสะสมมวลของหลุมดำ. สเปกตรัมรังสี X ซึ่งบ่งบอกความเข้มของรังสีที่ความยาวคลื่นต่าง ๆ ในช่วงรังสี X แสดงให้เห็นว่าความเร็วและความหนาแน่นของ wind จากแผ่นจานสะสมของ J1655 สอดคล้องกับการทำนายด้วยการจำลองทางคอมพิวเตอร์. การจำลองนี้ใช้ทฤษฎีที่ wind เกิดขึ้นด้วยกระบวนการที่สนามแม่เหล็กมีบทบาทสำคัญ. ผลการเทียบสเปกตรัมที่ได้จาการสังเกตกับการทำนายนี้ ได้ปัดความเป็นได้ของทฤษฎีอื่นๆ บางทฤษฎีที่เป็นคู่แข่งสำคัญไปด้วย. ดูรูปเทียบสเปกตรัมระหว่างผลจากการสังเกตกับการทำนายได้ ในความคิดเห็นที่ 1 ในปี ค.ศ. 1973 นักทฤษฎีเริ่มได้แนวคิดว่าสนามแม่เหล็กอาจจะสามารถขับเคลื่อนให้เกิดรังสีโดยก๊าซที่กำลังไหลสู่หลุมดำได้ กล่าวโดย ผู้ร่วมงานคนสำคัญของมิลเลอร์ นามว่า จอห์น เรมอน (John Raymond) แห่ง the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics ในเมืองเคมบริดจ์ มลรัฐแมสซาชูเซส ตอนนี้ซึ่งเป็นเวลากว่า 30 ปีให้หลัง ในที่สุดเราอาจมีหลักฐานที่พอจะทำให้เชื่อได้แล้ว มองไปข้างหน้า การเข้าใจที่ลึกซึ้งขึ้นเกี่ยวกับการสะสมสสารของหลุมดำช่วยทำให้นักดาราศาสตร์เข้าใจคุณสมบัติอื่น ๆ ของหลุมดำด้วย อันรวมไปถึงประเด็นที่ว่า หลุมดำเติบโตขึ้นอย่างไร. หมอต้องการเข้าใจสาเหตุของโรค ไม่ใช่รู้แค่อาการป่วย ฉันใดก็ฉันนั้น นักดาราศาสตร์พยายามเข้าใจว่าอะไรเป็นสาเหตุให้เกิดปรากฏการณ์ที่เราเห็นในเอกภพ กล่าวโดย ผู้ร่วมงานวิจัย แดนนี่ สตีจ (Danny Steeghs) ซึ่งทำงานอยู่ที่เดียวกับเรมอน. เมื่อเข้าใจว่ากลไกอะไรทำให้สสารปลดปล่อยพลังงานออกมา ก่อนที่มันจะเข้าสู่หลุมดำ เราก็ได้เรียนรู้ด้วยว่าสสารตกลงสู่เทหวัตถุอื่น ๆ ที่สำคัญอย่างไร นอกจากใน accretion disk รอบ ๆ หลุมดำแล้ว ปรากฏการณ์ของสนามแม่เหล็กดังกล่าวอาจจะมีบทบาทสำคัญใน accretion disk ที่เกิดขึ้นรอบวัตถุทางดาราศาสตร์อื่น ๆ ด้วย อาทิ ดาวฤกษ์อายุน้อยขนาดพอ ๆ กับ ดวงอาทิตย์ (บริเวณที่มีการสะสมฝุ่นก๊าซโดยรอบจะมีการก่อตัวของดาวเคราะห์) และวัตถุซึ่งมีหนาแน่นสูงอย่างดาวนิวตรอน อย่างไรก็ตาม มิลเลอร์ ซึ่งถือเป็นผู้นำในทีมวิจัย ชี้ว่า ถึงแม้หลักฐานที่ได้ค่อนข้างหนักแน่น แต่มันเป็นการยืนยันทฤษฎีโดยทางอ้อม เรายังต้องการการสังเกตที่มากขึ้นและละเอียดยิ่งขึ้นด้วย จันทราทำให้เราเข้าใจปรากฏการณ์ยังไม่แจ่มชัดนัก ภารกิจในอนาคตอย่าง Constellation-X จะมีความสำคัญมากในการเปิดเผยกระบวนการของการที่สสารตกลงสู่หลุมดำ ด้วยรายละเอียดที่มากยิ่งขึ้น แหล่งข้อมูลและเอกสารอ้างอิง ข่าวแถลงจากเว็บไซต์ของจันทรา (Chandra X-ray Observatory Center หรือ CXC) http://chandra.harvard.edu/press/06_releases/press_062106.html บทสัมภาษณ์ On the Hunt for Magnetic Field Winds with Jon Miller ที่ จอน มิลเลอร์ ให้แก่ CXC http://chandra.harvard.edu/chronicle/0206/bhbin/index.html ข่าวใน Physicsweb.org http://www.physicsweb.org/articles/news/10/6/10/1 |