ปี 2019 อยู่ที่นี่ ด้วยเหตุนี้ เราจึงได้รับการสัญญาว่าจะมีช่วงเวลาอันแสนวิเศษทางดาราศาสตร์ เป็นเวลาหลายปีกล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์ได้ดำเนินการเพื่อนำเสนอภาพถ่ายด้วยกล้องส่องทางไกลครั้งแรกของขอบฟ้าเหตุการณ์ของกหลุมดำ-
แท้จริงแล้วสำหรับความนิยมในจินตนาการของสาธารณชนพวกเราไม่เคยเห็นหลุมดำจริงๆ- และเหตุผลนั้นก็เรียบง่ายจนน่าหัวเราะ
หลุมดำคุณเห็นไหมว่าล่องหนไม่ได้จริงๆ แรงดึงดูดของพวกมันนั้นยิ่งใหญ่มากจนเมื่อผ่านจุดหนึ่งไปแล้วก็ไม่มีอะไรรอดพ้นไปได้ ซึ่งรวมถึงรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า- เช่น รังสีเอกซ์ อินฟราเรด แสง และคลื่นวิทยุ ที่จะช่วยให้เราตรวจจับวัตถุได้โดยตรง
จุดที่ไม่มีทางหวนกลับนั้นเรียกว่าขอบฟ้าเหตุการณ์ และนอกเหนือจากการเป็นสถานที่ที่น่าสะพรึงกลัวที่คุณไม่อยากพบตัวเองเข้าไปแล้ว ยังเป็นกุญแจสำคัญในการแสดงภาพหลุมดำอีกด้วย
แม้ว่าเราอาจไม่สามารถมองเห็นหลุมดำได้ แต่ก็มีโอกาสที่จะสามารถถ่ายภาพขอบฟ้าเหตุการณ์ของมันได้ และเราใกล้จะเห็นผลแล้วอย่างน่ายั่วยวน ต้องขอบคุณกล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์(EHT) เนื่องจากจะมีการประกาศต่อสาธารณะในวันนี้
แต่ก่อนที่จะเกิด EHT มีนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ชื่อหนึ่งฌอง-ปิแอร์ ลูมิเนต์- ย้อนกลับไปในปี 1978 เขาได้ให้สิ่งที่อาจเรียกได้ว่าเป็นภาพแรกของขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำแก่เราแล้ว
แน่นอนว่าไม่ใช่ภาพถ่ายจริง Luminet ซึ่งมีพื้นฐานด้านคณิตศาสตร์ ใช้ทักษะของเขาในการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์เครื่องแรกว่าหลุมดำอาจมีหน้าตาเป็นอย่างไรสำหรับผู้สังเกตการณ์ โดยใช้ทศวรรษ 1960บัตรเจาะคอมพิวเตอร์ไอบีเอ็ม 7040
“ในขณะนั้น มันเป็นวัตถุที่แปลกมาก และนักดาราศาสตร์ส่วนใหญ่ไม่เชื่อเรื่องการมีอยู่ของมัน” ลูมิเน็ตบอกกับ ScienceAlert
"ฉันต้องการสำรวจฟิสิกส์อันแปลกประหลาดของหลุมดำและเสนอกลไกเฉพาะที่อาจช่วยให้ได้รับลายเซ็นทางอ้อมของการดำรงอยู่ของพวกมัน นอกจากนี้ เพื่อติดตามการเล่นสำนวนโดยใช้ชื่อของฉันว่า 'ลูมิเน็ต' ฉันชอบความคิดที่ว่าหลุมดำสมบูรณ์แบบได้อย่างไร -ดาวฤกษ์ที่ส่องสว่างสามารถก่อให้เกิดปรากฏการณ์ที่สังเกตได้"
ข้อมูลใดที่คอมพิวเตอร์ส่งคืน Luminet จึงวางแผนด้วยมือด้วยปากกาและหมึกอินเดียบนกระดาษเนกาทีฟราวกับว่าเขาเป็นเครื่องพิมพ์ของมนุษย์
ภาพคลุมเครือที่เห็นด้านบน แสดงให้เห็นว่าจานแบนของวัตถุที่ตกลงไปในหลุมดำอาจมีหน้าตาเป็นอย่างไร ถ้าเราอยู่ใกล้พอที่จะมองเห็นมัน มันดูไม่แบน เพราะแรงโน้มถ่วงที่รุนแรงของหลุมดำทำให้แสงรอบๆ โค้งงอ
สนามโน้มถ่วงทำให้รังสีแสงใกล้กับหลุมดำโค้งมากจนส่วนหลังของจานถูก 'เปิดเผย' Luminet อธิบายในบทความที่ตีพิมพ์บน arXivปีที่แล้ว
การโค้งงอของรังสีแสงยังสร้างภาพรองซึ่งช่วยให้เรามองเห็นอีกด้านของจานสะสมมวลสาร ซึ่งอยู่ฝั่งตรงข้ามของหลุมดำจากผู้สังเกตการณ์"
Luminet เป็นคนแรก แต่เขาไม่ใช่คนเดียวที่หลงใหลในความลึกลับว่าหลุมดำอาจมีหน้าตาเป็นอย่างไร คนอื่นๆ พยายามที่จะเห็นภาพวัตถุเหล่านี้ตั้งแต่นั้นมา และแม้กระทั่งแสดงความพยายามบนจอเงินด้วยซ้ำ
ดวงดาวหลุมดำการ์กันตัว (พาราเมาท์ พิคเจอร์ส)
ภาพยนตร์ของคริสโตเฟอร์ โนแลนปี 2014ดวงดาวได้รับการยกย่องจากการพรรณนาถึงหลุมดำที่ "ถูกต้องตามหลักวิทยาศาสตร์" โดยส่วนใหญ่มาจากผลงานของ Luminet เมื่อหลายสิบปีก่อน และสร้างขึ้นโดยการปรึกษาหารือกับนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีคิป ธอร์นของคาลเทค
ท้ายที่สุด ภาพยนตร์เรื่องนี้เลือกใช้เวอร์ชันที่เรียบง่าย เพื่อให้เกิดความสับสนน้อยลงและดูสวยงามบนหน้าจอ
มันน่าประทับใจอย่างแน่นอน แต่จากข้อมูลของทั้ง Luminet และ Thorne หลุมดำจะมีลักษณะไม่เหมือนกัน
ภาพหลักและภาพรองที่สร้างขึ้นโดยสนามโน้มถ่วงนั้นมีอยู่และถูกต้อง แต่ความสว่างของจานมีความสม่ำเสมอไม่เหมือนกับภาพของ Luminet
การจำลองหลุมดำจากกระดาษโดย Thorne และเพื่อนร่วมงานเกี่ยวกับเทคนิค CG ที่ใช้ในการพัฒนา Gargantua (James et al./Classical และ Quantum Gravity)
“มันเป็นความไม่สมดุลอย่างมากของความส่องสว่างที่ปรากฏอย่างชัดเจน”Luminet เขียน"นั่นคือลักษณะเฉพาะของหลุมดำ ซึ่งเป็นวัตถุท้องฟ้าเพียงชนิดเดียวที่สามารถให้บริเวณภายในของจานสะสมมวลสารมีความเร็วในการหมุนใกล้เคียงกับความเร็วแสงและกระตุ้นให้เกิดปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ที่รุนแรงมาก"
เขาเขียนกกระดาษ 15 หน้าเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์ของภาพยนตร์และ Thorne เองเขียนหนังสือในหัวข้อ
คุณอาจสังเกตเห็นว่าหลุมดำทุกรูปแบบเหล่านี้ดูแตกต่างอย่างมากจากภาพหลุมดำประเภทอื่นที่คุณอาจเคยเห็น โดยมีชื่อเสียงมากที่สุดในเรื่องการค้นพบ LIGO ในปี 2559-
สิ่งเหล่านี้มีพื้นฐานมาจากผลงานของนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ Alain Riazueloของศูนย์วิจัยวิทยาศาสตร์แห่งชาติและสหพันธ์ดาราศาสตร์สากลแห่งฝรั่งเศส ซึ่งจำลองหลุมดำดังกล่าวครั้งแรกในปี 2559
เหตุผลที่หลุมดำเหล่านี้ดูแตกต่างออกไปก็เพราะว่างานศิลปะแสดงหลุมดำนิ่งสงบ ซึ่งเป็นหลุมหนึ่งที่ไม่มีจานสะสมมวลสาร
แรงโน้มถ่วงของหลุมดำทำให้พื้นที่ด้านหลังบิดเบี้ยวเนื่องจากฝุ่นและก๊าซปกคลุมอยู่ ถ้าเราอยู่ใกล้พอที่จะเห็นหลุมดำแบบนี้ เราก็จะเคลื่อนที่โดยถูกแรงโน้มถ่วงในวงโคจรจับไว้ ด้วยเหตุนี้จึงดูเหมือนเคลื่อนผ่านทุ่งดวงดาว
ในกรณีที่หลุมดำสองหลุมอยู่รวมกัน ดังที่เห็นในวิดีโอ LIGO หลุมดำแต่ละหลุมจะมีภาพรองรูปกล้วยเล็กๆ ของอีกหลุมหนึ่งปรากฏอยู่ด้านหลัง (แรงโน้มถ่วงคือประณีต-
EHT มุ่งเน้นไปที่ราศีธนู A* ซึ่งเป็นหลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางกาแลคซีทางช้างเผือกของเราเอง
เราไม่รู้ว่าเราจะได้เห็นอะไร เป็นไปได้ว่าข้อมูลจะส่งกลับพิกเซลที่เบลอเพียงไม่กี่พิกเซลเท่านั้น (หากเป็นเช่นนั้น จะมีกล้องโทรทรรศน์เพิ่มอีกจำนวนหนึ่งเข้าร่วมความร่วมมือ และนักวิทยาศาสตร์จะลองอีกครั้ง)
เนื่องจากหลุมดำมีจานสะสมมวลสารในระหว่างการสังเกตการณ์ เราจึงคาดว่าจะมีบางอย่างที่ดูเหมือนผลงานของ Luminet มาก
นอกจากนี้ การทำงานร่วมกันหวังว่าจะช่วยให้เราเข้าใจมากขึ้นเกี่ยวกับโพลาไรเซชันของรังสี โครงสร้างของสนามแม่เหล็ก และไอพ่นสัมพัทธภาพของหลุมดำ มันได้เบาะแสเกี่ยวกับเรื่องนี้แล้วโครงสร้างของอวกาศรอบหลุมดำ-
แต่อะไรคือส่วนที่น่าตื่นเต้นที่สุดเกี่ยวกับงานของ EHT? เราเห็นด้วยกับ Luminet ในเรื่องนี้โดยสิ้นเชิง
"รูปถ่ายของแผ่นดิสก์สะสม!" เขากล่าว และเราแทบจะรอไม่ไหวแล้ว
