จันทราไขปริศนาหลุมดำ

โพสต์เมื่อ: 09:34 วันที่ 4 ก.ค. 2549         ชมแล้ว: 138,311 ตอบแล้ว: 25
วิชาการ >> กระทู้ >> ทั่วไป
13253
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


เอกพงษ์
ร่วมแบ่งปัน82 ครั้ง - ดาว 155 ดวง

จำนวน 9 ความเห็น, หน้าที่ | -1-
ความเห็นเพิ่มเติมที่ 1 4 ก.ค. 2549 (09:44)


37228
สเปกตรัม X-ray ในรูปนี้แสดงหลักฐานสำหรับ “wind” ที่เกิดขึ้นใน GRO J1655-40. บริเวณที่เส้นกราฟตกลงในช่วงสั้น ๆ เกิดจากการดูดซับพลังงานที่ความยาวคลื่นนั้นโดยอะตอมชนิดต่าง ๆ ในก๊าซรอบ ๆ หลุมดำ. เส้นสีฟ้าแสดงสเปกตรัมรังสี X ของ J1655 ที่ได้จากการวัดโดยจันทรา และเส้นสีเหลืองแสดงสเปกตรัมที่ได้จากแบบจำลอง. สเปกตรัมที่ได้จากแบบจำลอง (สีเหลือง) อยู่ที่ความยาวคลื่นธรรมชาติของมัน หมายถึงไม่มีการเลื่อนไปในทางที่ความยาวคลื่นสั้นกว่า (blue shift) อันเนื่องมาจากการเคลื่อนที่ของก๊าซเข้าหาผู้สังเกต หรือเลื่อนไปในทางที่ความยาวคลื่นยาวกว่า (red shift) อันเนื่องจากการเคลื่อนที่ของก๊าซหนีจากผู้สังเกต. ด้วยการเปรียบเทียบสเปกตรัมจาก 2 แหล่ง แสดงให้เห็นว่าสเปกตรัมที่ได้จากจันทราเลื่อนไปทางที่ความยาวคลื่นสั้นกว่า เนื่องด้วยผลของปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ (Doppler effect) ซึ่งเป็นหลักฐานที่แสดงว่ากระแสของก๊าซใน “wind” กำลังพัดเป่าเข้ามาทางเรา (Credit: NASA/CXC/U.Michigan/J.Miller et al.)

เอกพงษ์
ร่วมแบ่งปัน82 ครั้ง - ดาว 155 ดวง

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 2 4 ก.ค. 2549 (09:45)
ภาพแอนิเมชั่นขณะหลุมดำดูดสสารจากดาวฤกษ์ข้างเคียงได้ที่ http://chandra.harvard.edu/photo/2006/j1655/animations.html
เอกพงษ์
ร่วมแบ่งปัน82 ครั้ง - ดาว 155 ดวง

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 3 4 ก.ค. 2549 (10:09)


37229
ภาพศิลปะนี้แสดงว่าสนามแม่เหล็กทำให้เกิด wind ใน GRO J1655-40 ได้อย่างไร การหมุนที่เกิดขึ้นใน disk บวกกับกลไกทางแม่เหล็กใน disk สามารขับดันให้เกิดสนามแม่เหล็กหมุนควงออกมาเหมือนงู จากระนาบของ disk (เส้นสีดำในภาพ) สิ่งนี้เป็นผลให้ก๊าซถูกขับดันออกมาจากระนาบโดยความดันที่เกิดขึ้นโดยสนามแม่เหล็ก ทำให้มีกระแสลมของก๊าซพุ่งหนีจากหลุมดำตามแนวรัศมี ด้วยความเร็วประมาณ 500 กิโลเมตรต่อวินาที ซึ่งจันทราสามารถตรวจวัดสเปกตรัมของ X-ray ที่ปลดปล่อยจากลมนี้ได้ (Illustration: NASA/CXC/M Weiss)

เอกพงษ์
ร่วมแบ่งปัน82 ครั้ง - ดาว 155 ดวง

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 4 8 ก.ค. 2549 (22:39)
ในช่วงระยะ5-10ปีที่ผ่านมามีดาวหางกี่ชนิดที่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า สามารถมองเห็นได้ในทางทิศเหนือของประเทศไทยในช่วงเวลาประมานณ21.30น
ยูเรนัส
ร่วมแบ่งปัน1 ครั้ง - ดาว 152 ดวง

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 5 9 ก.ค. 2549 (14:47)
ชอบค่ะเรื่องอย่างงี้
ใช่ไม่ใช่
ร่วมแบ่งปัน14 ครั้ง - ดาว 152 ดวง

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 6 10 ก.ค. 2549 (20:59)
wowwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww!
atiwichboy
ร่วมแบ่งปัน16 ครั้ง - ดาว 144 ดวง

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 7 30 ส.ค. 2549 (19:58)
ข้างในหลุมดำคงร้อน เพราะแสงออกไม่ได้
Deronkj
ร่วมแบ่งปัน19 ครั้ง - ดาว 152 ดวง

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 8 30 ส.ค. 2549 (20:09)
ขอบคุณครับที่นำความรู้เเบบนี้มาให้อ่าน เเต่อยากให้นักวิทยาศาสตร์ค้นหาว่าในหลุมดำมีสิ่งอื่นๆหรือไม่ จะพาเราทะลุมิติหรือไม่ อยากรู้ครับ
thearmer
ร่วมแบ่งปัน24 ครั้ง - ดาว 152 ดวง

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 9 10 ก.ค. 2550 (19:56)
อุย! น่ากลัว
ไม่มี (IP:203.113.71.165)

จำไว้ตลอด

ความเห็นเพิ่มเติม วิชาการ.คอม
ชื่อ / email:
ข้อความ

กรุณาล๊อกอินก่อน เพื่อโพสต์รูปภาพ และ ใช้ LaTex ค่ะ สมัครสมาชิกฟรีตลอดชีพที่นี่
กรอกตัวอักษรตามภาพ
ตัวช่วย 1: CafeCode วิธีการใช้
ตัวช่วย 2: VSmilies วิธีการใช้
ตัวช่วย 3: พจนานุกรมไทย ออนไลน์ ฉบับราชบัณฑิต
ตัวช่วย 4 : dictionary ไทย<=>อังกฤษ ออนไลน์ จาก NECTEC
ตัวช่วย 5 : ดาวน์โหลด โปรแกรมช่วยพิมพ์ Latex เพื่อแสดงสมการบนวิชาการ.คอม