ผลการวิจัยเป็นข้อมูลเบื้องต้น แต่อาจมีขนาดใหญ่ เว็บสล็อต โดย ADAM MCMASTER และ ANDREW NORTON / THE CONVERSATION | เผยแพร่เมื่อ 8 กุมภาพันธ์ 2022 19:00 น
ช่องว่าง
ศาสตร์
เทคโนโลยี
กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลในวงโคจรขณะถ่ายภาพดาราจักรที่อยู่ห่างไกลและหลุมดำที่มองไม่เห็น
นักดาราศาสตร์ใช้ภาพถ่ายของกลุ่มดาวจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลเพื่อตรวจจับเลนส์โน้มถ่วงท่ามกลางดวงดาว NASA
Adam McMasterเป็นนักศึกษาวิจัยระดับสูงกว่าปริญญาตรี (PhD) ในสาขา Astronomy, The Open University; แอนดรูว์ นอร์ตันเป็นศาสตราจารย์ด้านการศึกษาดาราศาสตร์ฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยเปิด เรื่องนี้เดิมมีอยู่ในThe Conversation
เตียงสุนัขที่ดีที่สุดของปี 2022
นักดาราศาสตร์ถ่ายภาพหลุมดำได้โดยตรงเป็นครั้งแรก ในปี 2019 เนื่องจากมีวัตถุเรืองแสงปรากฏอยู่ แต่หลุมดำจำนวนมากนั้นแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะตรวจพบ ตอนนี้ทีมอื่นที่ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลดูเหมือนจะพบสิ่งที่ไม่มีใครเคยเห็นมาก่อนในที่สุด นั่นคือหลุมดำที่มองไม่เห็นโดยสิ้นเชิง งานวิจัยซึ่งถูกโพสต์ทางออนไลน์และส่งเพื่อตีพิมพ์ในวารสาร Astrophysical Journalยังไม่ได้รับการตรวจสอบโดยเพื่อน
หลุมดำคือสิ่งที่หลงเหลืออยู่หลังจากดาวฤกษ์ขนาดใหญ่ตายและแกนของพวกมันพังทลาย พวกมันมีความหนาแน่นอย่างเหลือเชื่อ โดยมีแรงโน้มถ่วงสูงจนไม่มีสิ่งใดเคลื่อนที่เร็วพอที่จะหลบหนีได้ ซึ่งรวมถึงแสงด้วย นักดาราศาสตร์กระตือรือร้นที่จะศึกษาหลุมดำเพราะพวกเขาสามารถบอกเราได้มากมายเกี่ยวกับวิธีที่ดาวตาย ด้วยการวัดมวลของหลุมดำ เราสามารถเรียนรู้เกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นในช่วงเวลาสุดท้ายของดวงดาว เมื่อแกนของพวกมันยุบตัวและชั้นนอกของพวกมันก็ถูกไล่ออก
ดูเหมือนว่าหลุมดำจะมองไม่เห็นตามคำจำกัดความ พวกมันได้รับชื่อมาจากความสามารถในการดักจับแสง แต่เรายังคงสามารถตรวจจับพวกมันได้ผ่านวิธีที่พวกมันโต้ตอบกับวัตถุอื่นๆ ด้วยแรงโน้มถ่วงอันแรงกล้าของพวกมัน หลุมดำขนาดเล็กหลายร้อยหลุมถูกตรวจพบโดยวิธีที่พวกมันมีปฏิสัมพันธ์กับดาวดวงอื่น
มีสองวิธีที่แตกต่างกันในการตรวจจับดังกล่าว ใน “ X-ray binary stars ” ซึ่งดาวและหลุมดำโคจรรอบศูนย์กลางร่วมกันในขณะที่สร้างรังสีเอกซ์ สนามโน้มถ่วงของหลุมดำสามารถดึงวัสดุออกจากดาวข้างเคียงได้ วัตถุนั้นหมุนรอบหลุมดำ ทำให้เกิดความร้อนขึ้นจากการเสียดสีในลักษณะเดียวกัน วัสดุ ที่ร้อนจะเรืองแสงอย่างเจิดจ้าในแสงเอ็กซ์เรย์ ทำให้มองเห็นหลุมดำได้ ก่อนที่จะถูกดูดเข้าไปในหลุมดำและหายไป คุณยังสามารถตรวจจับคู่ของหลุมดำที่รวมตัวกัน หมุนวนเข้าด้านใน และปล่อยคลื่นความโน้มถ่วง เป็นวาบๆ ซึ่งเป็นระลอกคลื่นในกาลอวกาศ
วงแหวนแสงสีแดงเลือนลางรอบหลุมดำที่ถ่ายภาพครั้งแรก
ภาพแรกของหลุมดำ การทำงานร่วมกันของกล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์และคณะ
มีหลุมดำอันธพาลจำนวนมากที่ล่องลอย
ผ่านอวกาศโดยไม่มีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งใดๆ เลย ทำให้ยากต่อการตรวจจับ นั่นเป็นปัญหา เพราะถ้าเราไม่สามารถตรวจจับหลุมดำที่แยกออกมาได้ เราก็จะไม่สามารถเรียนรู้ว่าพวกมันก่อตัวอย่างไรและการตายของดาวฤกษ์ที่พวกมันมาจากไหน
ใหม่ ขอบฟ้ามืด
เพื่อค้นพบหลุมดำที่มองไม่เห็นดังกล่าว ทีมนักวิทยาศาสตร์ต้องรวมการสังเกตสองประเภทที่แตกต่างกันในช่วงหลายปีที่ผ่านมา ความสำเร็จที่น่าประทับใจนี้เป็นแนวทางใหม่ในการค้นหาหลุมดำแยกในระดับที่เข้าใจยากก่อนหน้านี้
ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ทำนายว่าวัตถุขนาดใหญ่จะหักเหแสงเมื่อเดินทางผ่านวัตถุเหล่านั้น นั่นหมายความว่าแสงใดๆ ที่ผ่านเข้ามาใกล้มากกับหลุมดำที่มองไม่เห็น—แต่ไม่ใกล้พอที่จะเข้าไปอยู่ในนั้น—จะโค้งงอในลักษณะเดียวกันกับแสงที่ลอดผ่านเลนส์ สิ่งนี้เรียกว่าเลนส์โน้มถ่วงและสามารถมองเห็นได้เมื่อวัตถุเบื้องหน้าอยู่ในแนวเดียวกับวัตถุพื้นหลังและทำให้แสงโค้งงอ วิธีการนี้ได้ถูกนำมาใช้ในการศึกษาทุกอย่างตั้งแต่กระจุกดาราจักรไปจนถึงดาวเคราะห์รอบดาวดวงอื่น
ผู้เขียนงานวิจัยชิ้นใหม่นี้รวมการสังเกตด้วยเลนส์โน้มถ่วงสองประเภทในการค้นหาหลุมดำ มันเริ่มที่พวกมันมองเห็นแสงจากดาวที่อยู่ไกลออกไปในทันใดก็ขยายใหญ่ขึ้น ทำให้ดูสว่างขึ้นชั่วครู่ก่อนจะกลับเข้าสู่สภาวะปกติ พวกเขาไม่เห็นวัตถุเบื้องหน้าที่ทำให้เกิดการขยายผ่านกระบวนการเลนส์โน้มถ่วง นั่นชี้ให้เห็นว่าวัตถุอาจเป็นหลุมดำเพียงแห่งเดียว ซึ่งเป็นสิ่งที่ไม่เคยเห็นมาก่อน ปัญหาคือมันอาจเป็นแค่ดาวจางๆ ก็ได้
การหาว่าหลุมดำหรือดาวจางนั้นต้องอาศัยการทำงานมากหรือไม่ และนั่นคือที่มาของการสังเกตการณ์เลนส์โน้มถ่วงประเภทที่สอง ผู้เขียนถ่ายภาพด้วยฮับเบิลซ้ำแล้วซ้ำเล่าเป็นเวลาหกปี โดยวัดว่าดาวดูเหมือนจะเคลื่อนตัวไปไกลแค่ไหน เมื่อแสงถูกเบี่ยงเบนไป
ในที่สุดสิ่งนี้ทำให้พวกเขาคำนวณมวลและระยะทางของวัตถุซึ่งทำให้เกิดเอฟเฟกต์เลนส์ พวกเขาพบว่ามีมวลประมาณเจ็ดเท่าของมวลดวงอาทิตย์ของเรา ซึ่งอยู่ห่างออกไปประมาณ 5,000 ปีแสง ซึ่งฟังดูห่างไกลแต่จริงๆ แล้วค่อนข้างใกล้ ดาวขนาดนั้นและใกล้นั้นควรปรากฏแก่เรา เนื่องจากเราไม่สามารถมองเห็นได้ พวกเขาจึงสรุปว่าต้องเป็นหลุมดำที่แยกออกมาต่างหาก เว็บสล็อต
