ข้อมูลกล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์ทำให้นักวิทยาศาสตร์เห็นภาพพฤติกรรมทางช้างเผือก เรากำลังจะเห็นภาพแรกของหลุมดำในระยะใกล้
กล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์ซึ่งเป็นเครือข่ายของหอสังเกตการณ์วิทยุแปดแห่งที่กระจายอยู่ทั่วโลก ได้กำหนดเป้าหมายไปยังกลุ่มบีเฮมอธคู่หนึ่ง: ราศีธนู A* หลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางทางช้างเผือก และหลุมดำมวลมหาศาลกว่า 53.5 ล้านแสง- ห่างหายไปหลายปีในกาแลคซี่ M87 ( SN Online: 4/5/17 )
ในเดือนเมษายน 2017 หอสังเกตการณ์ได้ร่วมมือกันเพื่อสังเกตการณ์ ขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำซึ่งเป็นขอบเขตที่เกินแรงโน้มถ่วงมากจนแม้แต่แสงก็ไม่สามารถหลบหนีได้ ( SN: 5/31/14, p. 16 ) หลังจากแสดงข้อมูลมาเกือบสองปีแล้ว นักวิทยาศาสตร์ก็พร้อมที่จะเผยแพร่ภาพแรกในเดือนเมษายน
นี่คือสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์หวังว่าภาพเหล่านั้นจะสามารถบอกเราได้
หลุมดำมีลักษณะอย่างไรจริงๆ?
หลุมดำอาศัยอยู่ตามชื่อของมัน: สัตว์โน้มถ่วงที่ยิ่งใหญ่ไม่เปล่งแสงในส่วนใด ๆ ของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า ดังนั้นพวกมันจึงดูไม่ค่อยเหมือนกัน
แต่นักดาราศาสตร์รู้ว่าวัตถุเหล่านั้นอยู่ที่นั่นเนื่องจากหลุมดำที่อยู่ข้างเคียง ในขณะที่แรงโน้มถ่วงของหลุมดำดึงก๊าซและฝุ่นเข้าไป สสารจะตกตะกอนในจานที่โคจรรอบ โดยอะตอมจะกระแทกกันและกันด้วยความเร็วสูง กิจกรรมทั้งหมดนั้นทำให้ความร้อนเป็นสีขาว มันจึงปล่อยรังสีเอกซ์และการแผ่รังสีพลังงานสูงอื่นๆ หลุม ดำที่ ดูดกลืนกินหลุมดำที่สุดในจักรวาลมีจานที่ส่องแสงดาวทั้งหมดในดาราจักรของพวกมัน ( SN Online: 3/16/18 )
ภาพของ EHT ของราศีธนู A* ของทางช้างเผือก หรือที่เรียกว่า SgrA* คาดว่าจะจับภาพเงาของหลุมดำบนจานรองของวัตถุสว่าง การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์และกฎของฟิสิกส์ความโน้มถ่วงทำให้นักดาราศาสตร์มีความคิดที่ดีว่าจะเกิดอะไรขึ้น เนื่องจากแรงโน้มถ่วงรุนแรงใกล้กับหลุมดำ แสงของดิสก์จะบิดเบี้ยวไปรอบๆ ขอบฟ้าเหตุการณ์ในวงแหวน ดังนั้นแม้แต่วัสดุที่อยู่ด้านหลังหลุมดำก็ยังมองเห็นได้
และภาพอาจดูไม่สมมาตร: แรงโน้มถ่วงจะทำให้แสงจากส่วนในของดิสก์หันเข้าหาโลกอย่างแรงกว่าส่วนนอก ทำให้ด้านหนึ่งดูสว่างขึ้นในวงแหวนที่ไม่เอียง
ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเข้าใกล้หลุมดำหรือไม่?
รูปร่างที่แน่นอนของวงแหวนอาจช่วยขจัดอุปสรรคที่น่าหงุดหงิดที่สุดในฟิสิกส์เชิงทฤษฎีได้
เสาคู่ของฟิสิกส์คือทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ ซึ่งควบคุมสิ่งต่างๆ ที่มีมวลมหาศาลและเต็มไปด้วยแรงโน้มถ่วง เช่น หลุมดำ และกลศาสตร์ควอนตัม ซึ่งควบคุมโลกประหลาดของอนุภาคย่อยของอะตอม แต่ละคนทำงานอย่างแม่นยำในโดเมนของตัวเอง แต่ไม่สามารถทำงานร่วมกันได้
นักฟิสิกส์ Lia Medeiros จากมหาวิทยาลัยแอริโซนาในทูซอนกล่าวว่า “ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปตามที่เป็นอยู่และกลศาสตร์ควอนตัมที่เข้ากันไม่ได้ “ร็อค สถานที่ยาก บางอย่างก็ต้องให้” หากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปหักมุมที่ขอบหลุมดำ มันอาจชี้ทางไปข้างหน้าสำหรับนักทฤษฎี
เนื่องจากหลุมดำเป็นสภาพแวดล้อมที่มีความโน้มถ่วงที่รุนแรงที่สุดในจักรวาล จึงเป็นสภาพแวดล้อมที่ดีที่สุดในการทดสอบการชนกันของทฤษฎีแรงโน้มถ่วง มันเหมือนกับการโยนทฤษฎีไปที่กำแพงและดูว่าพวกมันพังหรือไม่หรืออย่างไร หากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปยังคงดำเนินต่อไป นักวิทยาศาสตร์คาดว่าหลุมดำจะมีเงาเฉพาะและมีรูปร่างเป็นวงแหวน ถ้าทฤษฏีแรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์พัง เงาจะต่างออกไป
เมเดรอสและเพื่อนร่วมงานของเธอใช้คอมพิวเตอร์จำลองเงาของหลุมดำ 12,000 เงาที่อาจแตกต่างไปจากการทำนายของไอน์สไตน์ “ถ้ามันแตกต่างออกไป [ทฤษฎีทางเลือกของแรงโน้มถ่วง] ก็จะได้รับของขวัญคริสต์มาส” Medeiros ผู้ซึ่งนำเสนอผลการจำลองในเดือนมกราคมที่ซีแอตเทิลในการประชุม American Astronomical Society กล่าว แม้แต่การเบี่ยงเบนเล็กน้อยจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปก็สามารถสร้างเงาที่แตกต่างกันมากพอที่ EHT จะทำการสำรวจได้ ทำให้นักดาราศาสตร์สามารถหาจำนวนว่าสิ่งที่พวกเขาเห็นแตกต่างจากสิ่งที่พวกเขาคาดหวังไว้มากน้อยเพียงใด
ศพของดาวฤกษ์ที่เรียกว่าพัลซาร์ล้อมรอบหลุมดำของทางช้างเผือกหรือไม่?
อีกวิธีหนึ่งในการทดสอบทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปรอบหลุมดำคือการดูว่าดาวหมุนรอบตัวอย่างไร เมื่อแสงหนีจากแรงโน้มถ่วงอย่างสุดขั้วในบริเวณใกล้เคียงหลุมดำ คลื่นของมันก็ยืดออก ทำให้แสงเป็นสีแดงมากขึ้น กระบวนการนี้เรียกว่า redshift โน้มถ่วง คาดการณ์โดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป และสังเกตได้ใกล้ SgrA* เมื่อปีที่แล้ว ( SN: 8/18/18, p. 12 ) จนถึงตอนนี้ก็ดีสำหรับไอน์สไตน์
วิธีที่ดียิ่งขึ้นในการทดสอบแบบเดียวกันคือการใช้พัลซาร์ซึ่งเป็นศพของดาวฤกษ์ที่หมุนอย่างรวดเร็วซึ่งกวาดท้องฟ้าด้วยลำแสงรังสีในจังหวะปกติที่ทำให้ดูเหมือนเป็นชีพจร ( SN: 3/17/18, p. 4 ) ). การเปลี่ยนทิศทางความโน้มถ่วงจะทำให้การเว้นจังหวะของจังหวะจังหวะของพัลซาร์ยุ่งเหยิง ซึ่งอาจให้การทดสอบสัมพัทธภาพทั่วไปที่แม่นยำยิ่งขึ้น
