หากยังจำกันได้ เมื่อเดือนเมษายน พ.ศ. 2562 เครือข่ายกล้องโทรทรรศน์อีเวนต์ฮอไรซัน (Event Horizon Telescope : EHT) บันทึกภาพหลุมดำได้เป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ด้วยเทคนิคการแทรกสอดระยะไกล (very-long baseline interferometry : VLBI) การศึกษาด้วยวิธีนี้จะใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุหลายแห่งที่กระจายอยู่ทั่วโลกทำงานร่วมกัน จนมีประสิทธิภาพเทียบเท่ากับกล้องที่มีขนาดใหญ่เท่ากับขนาดของโลกทั้งใบ ทำให้ข้อมูลที่ได้มีความละเอียดสูงมาก

            เมื่อทีมนักดาราศาสตร์จากศูนย์ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ฮาร์วาร์ดและสมิธโซเนียน (CfA) นำภาพหลุมดำที่ถ่ายผ่านเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์ EHT มาวิเคราะห์ด้วยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ พวกเขาพบว่า หลุมดำนั้นอาจประกอบไปด้วยวงแหวนย่อยอีกจำนวนมากซ้อนทับกัน ซึ่งขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของวงแหวนและรูปร่างความคมชัดสามารถบ่งชี้ลักษณะเฉพาะตัวของหลุมดำ ได้แก่ มวล และการหมุนรอบตัวเองได้ ข้อมูลดังกล่าวถูกตีพิมพ์ลงในวารสาร Science Advances เมื่อวันที่ 18 มีนาคม พ.ศ. 2563 ที่ผ่านมา

            วงแหวนย่อยเหล่านั้น เรียกว่า “วงแหวนโฟตอน (Photon ring)” จะเกิดขึ้น ณ บริเวณที่มีแรงโน้มถ่วงมหาศาล ทำให้กาลอวกาศบิดโค้งจนโฟตอนหรือแสงหมุนรอบหลุมดำแล้วจึงหลุดออกมา จึงเกิดลักษณะคล้ายวงแหวนรอบ ๆ หลุมดำ ซึ่งวงแหวนย่อยที่เกิดขึ้นมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากัน แต่มีความสว่างและความคมชัดแตกต่างกัน เกิดจากโฟตอนหมุนวนรอบหลุมดำในรูปแบบต่างกัน ยิ่งโฟตอนหมุนวนหลายรอบมากขึ้นจะทำให้เกิดวงแหวนที่คมชัด แต่สว่างน้อย  ในขณะที่โฟตอนหมุนวนน้อย จะเกิดวงแหวนที่ความสว่างมาก แต่ไม่คมชัด

ภาพอธิบายการเกิดวงแหวนโฟตอนที่เกิดจากโฟตอนหมุนวนรอบหลุมดำแต่ละรูปแบบ

            เหล่านักดาราศาสตร์จึงคาดหวังว่าในอนาคต หากมีกล้องโทรทรรศน์อวกาศในวงโคจรระดับต่ำทำงานร่วมกับเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์ EHT จะสามารถสังเกตวงแหวนโฟตอนรูปแบบที่ 1 ได้ (n=1 ตามภาพประกอบ) และหากมีกล้องโทรทรรศน์อยู่บนดวงจันทร์ จะสามารถสังเกตวงแหวนโฟตอนรูปแบบที่ 2 (n=2 ตามภาพประกอบ) ได้เลยทีเดียว ยิ่งวงแหวนโฟตอนชัดเจนมากขึ้นเท่าไหร่ จะทำให้สามารถวิเคราะห์มวลและการหมุนรอบตัวเองของหลุมดำได้แม่นยำขึ้นเท่านั้น

            ในช่วงหลายปีที่ผ่านมานี้ วงการดาราศาสตร์ก้าวกระโดดไปไกลเป็นอย่างมาก เนื่องจากเราสามารถศึกษาหลุมดำได้จากการสังเกตการณ์โดยตรงได้เป็นครั้งแรก  หากเหล่านักวิทยาศาสตร์ศึกษาและเข้าใจวงแหวนโฟตอนได้ จะเป็นการช่วยยืนยันทฤษฎีสัมพันธ์ภาพทั่วไปอีกด้วย นี่จึงเป็นจุดเริ่มต้นในการปลดล็อคความรู้ความเข้าใจให้เหล่านักดาราศาสตร์ในการไขปริศนาของเอกภพต่อไป

เรียบเรียง - นางสาวฟ้าประกาย เจียรคุปต์ เจ้าหน้าที่สารสนเทศดาราศาสตร์

อ้างอิง : 

[1] https://www.universetoday.com/145443/how-researchers-produce-sharp-images-of-a-black-hole/

[2] https://advances.sciencemag.org/content/6/12/eaaz1310

[3] https://www.newscolony.com/infinite-visions-were-hiding-in-the-first-black-hole-images-rings/

[4] https://advances.sciencemag.org/content/6/12/eaaz1310