สิ่งที่ควรรู้เกี่ยวกับหลุมดำ

สิ่งที่ควรรู้เกี่ยวกับหลุมดำ

สิ่งที่ควรรู้เกี่ยวกับหลุมดำ

สิ่งที่ควรรู้เกี่ยวกับหลุมดำ หลุมดำเป็นหนึ่งในวัตถุที่น่าสนใจที่สุดในจักรวาล พวกมันเป็นเทห์ฟากฟ้าที่มีแรงโน้มถ่วงรุนแรงมาก ซึ่งไม่มีอะไรสามารถหลบหนีได้ ไม่ใช่ดาวเคราะห์ ไม่ใช่ดวงจันทร์ หรือแม้แต่แสง

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักฟิสิกส์ได้ค้นพบข้อเท็จจริงมากมายเกี่ยวกับหลุมดำ ที่ไม่ทราบสาเหตุ การค้นพบบางอย่างได้วางรากฐานสำหรับอนาคต ในขณะที่บางอย่างยังคงทำให้นักวิจัยต้องทึ่ง และวันนี้ เราจะมาพูดถคฃข้อเท็จจริง และทฤษฎีที่น่าสนใจที่สุด ที่เกี่ยวกับหลุมดำที่คุณควรรู้ ดังนี้

1. หลุมดำถูกค้นพบโดย Karl Schwarzschild ในปี 1916

สิ่งที่ควรรู้เกี่ยวกับหลุมดำ

แม้ว่าวัตถุที่มีสนามโน้มถ่วงสูง (ซึ่งแสงไม่สามารถหลบหนีได้) จะได้รับการพิจารณาในศตวรรษที่ 18 แต่ Karl Schwarzschild เป็นผู้ให้คำตอบของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปสมัยใหม่เป็นครั้งแรกในปี 1916 โดยระบุลักษณะของหลุมดำ

ในปีพ.ศ. 2501 David Finkelstein ได้ตีพิมพ์การตีความว่า เป็นพื้นที่ซึ่งไม่มีอะไรสามารถหลบหนีได้ นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีชาวอเมริกัน จอห์น วีลเลอร์ ได้เชื่อมโยงคำว่า “หลุมดำ” กับวัตถุที่แรงโน้มถ่วงยุบตัวตามที่คาดการณ์ไว้ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20

เขาใช้คำว่า “หลุมดำ” ในระหว่างการนำเสนอที่สถาบัน NASA Goddard Institute of Space Studies ในปี 1967

2. ไม่สามารถสังเกตได้โดยตรง

นื่องจากแสง ไม่สามารถหนีจากแรงโน้มถ่วงขนาดใหญ่ของหลุมดำได้ คุณจึงไม่สามารถสังเกตได้โดยตรง อย่างไรก็ตาม คุณสามารถดูได้ว่าแรงโน้มถ่วงของมันส่งผลต่อวัตถุท้องฟ้า และก๊าซในบริเวณใกล้เคียงอย่างไร

นักดาราศาสตร์ศึกษาดาวเพื่อดูว่า โคจรรอบหลุมดำหรือไม่ เมื่อดาวฤกษ์ และหลุมดำอยู่ใกล้กัน รังสีก็จะถูกปล่อยออกมา ซึ่งมักจะถูกจับโดยกล้องโทรทรรศน์และดาวเทียมในอวกาศ

ในปี 2019 นักวิทยาศาสตร์ได้ถ่ายภาพหลุมดำครั้งแรกที่อยู่ห่างออกไป 500 ล้านล้านกิโลเมตร มันถูกถ่ายโดยกล้องโทรทรรศน์เครือข่าย 8 แห่งทั่วโลก หลุมดำมวลมหาศาลนี้มีขนาดกว้าง 40 พันล้านกิโลเมตร และมีมวล 6.5 พันล้านเท่าของดวงอาทิตย์

3. ประเภทของหลุมดำ

หลุมดำมี 4 ประเภท ได้แก่

หลุมดำดาวฤกษ์ (Stellar black holes) : เป็นหลุมดำขนาดเล็กที่มีมวลตั้งแต่ 5 ถึงหลายสิบเท่าของมวลดวงอาทิตย์ เกิดจากการยุบตัวของดาวฤกษ์ขนาดใหญ่

หลุมดำมวลยวดยิ่ง (Supermassive black holes) : เป็นหลุมดำที่ใหญ่ที่สุดที่มีมวลตั้งแต่หลายแสนถึงพันล้านมวลดวงอาทิตย์ ต้นกำเนิดของพวกเขายังคงเป็นสาขาที่เปิดกว้างของการวิจัย

หลุมดำระดับกลาง (Intermediate black holes) จะมีมวลมากกว่าหลุมดำที่เป็นตัวเอกอย่างมีนัยสำคัญ แต่น้อยกว่าหลุมดำมวลมหาศาล หลักฐานที่ชัดเจนที่สุดสำหรับเทห์ฟากฟ้าดังกล่าวมาจากนิวเคลียสของดาราจักรที่มีความส่องสว่างต่ำ

หลุมดำดึกดำบรรพ์ (Primordial black holes) เป็นหลุมดำ สมมุติที่อาจเกิดขึ้นได้ไม่นานหลังจากบิกแบง มวลของพวกมันอาจน้อยกว่ามวลดาวมาก Stephen Hawking ศึกษาหลุมดำเหล่านี้ในเชิงลึกและพบว่าอาจมีน้ำหนักเพียง 100 ไมโครกรัม

4. หลุมดำมี 3 ชั้น

ศูนย์กลางของหลุมดำที่เรียกว่า  ภาวะเอกฐาน นี่คือ บริเวณที่มวลทั้งหมดถูกบีบอัดจนเหลือปริมาตรเกือบเป็นศูนย์ ดังนั้นภาวะเอกฐานจึงมีความหนาแน่นเกือบอนันต์ และสร้างแรงโน้มถ่วงมหาศาล

ขอบฟ้าเหตุการณ์ด้านนอก เป็นชั้นนอกมากจากการที่วัสดุยังคงสามารถหนีจากแรงโน้มถ่วงของหลุมดำ แรงดึงดูดบนชั้นนี้ไม่แรงเท่ากับชั้นกลาง หรือชั้นกลาง

ขอบฟ้าเหตุการณ์ภายใน เป็นชั้นกลาง นี่คือภูมิภาคที่วัสดุไม่สามารถหลบหนีได้ มันผลักวัสดุไปที่ศูนย์กลางของหลุมดำที่อิทธิพลโน้มถ่วงแข็งแกร่งที่สุด

5. หลุมดำมีขนาดเล็กเพียง 0.1 มิลลิเมตร

หลุมดำสามารถมีมวลที่เล็กเท่ากับดวงจันทร์ของโลก และมีขนาดใหญ่ถึงหนึ่งหมื่นล้านเท่ามวลดวงอาทิตย์

มวลของมันเป็นสัดส่วนกับขนาดของขอบฟ้าเหตุการณ์ ซึ่งวัดเป็นรัศมีชวาร์ซชิลด์ คือ รัศมีที่ความเร็วหลบหนีเท่ากับความเร็วแสง

รัศมีชวาร์ซชิลด์ของโลก มีขนาดเท่ากับหินอ่อน ซึ่งหมายความว่า คุณต้องบีบอัดโลกให้มีขนาดเท่ากับหินอ่อนเพื่อที่จะเปลี่ยนเป็นหลุมดำ

ยิ่งกว่านั้น ไม่มีหลุมดำใดที่มีขนาดเล็กอย่างอนันต์ มวลต่ำสุดมีค่ามากกว่าหรือเท่ากับ มวลพลังค์ซึ่งมีค่าประมาณ 22 ไมโครกรัม

6. หลุมดำหมุนรอบแกน

เมื่อดาวฤกษ์ยุบตัวลงสู่พื้นที่ขนาดเล็กมาก มันยังคงเก็บมวลทั้งหมดนั้นไว้ เพื่อรักษาโมเมนตัมเชิงมุม อัตราการหมุนของหลุมดำจะเร็วขึ้น

เมื่อหลุมดำหมุน มวลของมันจะทำให้กาล-อวกาศใกล้เคียงหมุนไปด้วย บริเวณนี้เรียกว่าเออร์โกสเฟียร์ นี่คือภูมิภาค (นอกขอบฟ้าเหตุการณ์) ที่มีเอฟเฟกต์ที่น่าสนใจมากมายเกิดขึ้น

ยิ่งขอบฟ้าเหตุการณ์เล็กลงเท่าใด ก็ยิ่งหมุนเร็วขึ้นเท่านั้น อย่างไรก็ตาม มีการจำกัดความเร็วว่าหลุมดำสามารถหมุนได้เร็วแค่ไหน (โดยไม่เปิดเผยความเป็นเอกเทศต่อส่วนที่เหลือของจักรวาล)

หลุมดำดาวฤกษ์ที่หนักที่สุด (GRS 1915+105) ในทางช้างเผือกกำลังหมุน 1,150 ครั้งต่อวินาที และมีหลุมดำในดาราจักร NGC 1365 ซึ่งหมุนด้วยความเร็วแสง 84% มันถึงขีดจำกัดความเร็วของจักรวาลแล้ว และไม่สามารถหมุนให้เร็วขึ้นได้

สิ่งที่ควรรู้เกี่ยวกับหลุมดำ

7. หลุมดำสามารถฆ่าคุณได้อย่างน่าสยดสยอง

หากคุณตกลงไปในหลุมดำ ร่างกายของคุณ ก็จะถูกยืดออกเป็นเส้นยาวคล้ายเส้นสปาเก็ตตี้

สมมติว่า เป็นหลุมดำขนาดเล็ก คุณจะบิดเบี้ยวด้วยแรงโน้มถ่วงมหาศาล แรงน้ำขึ้นน้ำลง คือ ความแตกต่างระหว่างแรงโน้มถ่วงบนศีรษะและเท้าของคุณ แรงที่กระทำต่อศีรษะของคุณ (ถ้าคุณล้มก่อน) จะแข็งแกร่งกว่าแรงที่กระทำต่อเท้าของคุณมาก

ความแตกต่างนี้จะทำให้คุณรู้สึกเหมือนมีบางสิ่งกำลังฉีกคุณออกจากกัน ยืดตัวคุณตั้งแต่หัวจรดเท้า ยิ่งหัวของคุณเข้าใกล้หลุมดำมากเท่าไหร่

มันก็จะยิ่งเคลื่อนที่เร็วขึ้นเท่านั้น แต่ส่วนล่างของร่างกายอยู่ไกลออกไป และไม่เคลื่อนเข้าหาศูนย์กลางอย่างรวดเร็ว

8. หลุมดำมวลมหาศาลมีอยู่ในใจกลางดาราจักรส่วนใหญ่

นักวิจัยเชื่อว่ามีหลุมดำมวลมหาศาลอยู่ที่แกนกลางของดาราจักรส่วนใหญ่ รวมทั้งทางช้างเผือก หลุมดำขนาดใหญ่เหล่านี้จับกาแล็กซีไว้ด้วยกันในอวกาศ

ราศีธนู เอ หลุมดำใจกลางทางช้างเผือก มีขนาดใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ถึง 4 ล้านเท่า ราศีธนู A อยู่ห่างจากโลกเพียง 26,000 ปีแสง เป็นหนึ่งในหลุมดำเพียงไม่กี่แห่งในจักรวาลที่นักดาราศาสตร์สามารถเห็นการไหลของสสารในบริเวณใกล้เคียงได้

9. หลุมดำสามารถสร้างจักรวาลใหม่ได้

นี่อาจฟังดูตลก แต่นักฟิสิกส์บางคนเชื่อว่า หลุมดำสามารถเปิดโลกใหม่ได้ จักรวาลของเราอาจเกิดในหลุมดำ และหลุมดำในจักรวาลของเราอาจจะให้กำเนิดจักรวาลใหม่ของพวกเขาเอง

เพื่อให้เข้าใจว่าสิ่งนี้ทำงานอย่างไร ลองนึกภาพจักรวาลปัจจุบันของเรา: ทุกสิ่งที่คุณดูเป็นไปได้โดยเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในอดีตและเงื่อนไขบางอย่างที่มารวมกันเพื่อสร้างชีวิต

หากคุณเปลี่ยนแปลงเงื่อนไข/เหตุการณ์เหล่านี้แม้เพียงเล็กน้อย สิ่งต่างๆ จะไม่เหมือนเดิม ในทางทฤษฎี ภาวะเอกฐานสามารถเปลี่ยนแปลงเงื่อนไขเหล่านี้ ทำให้เกิดจักรวาลใหม่ที่มีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย

Credit

อ่านบทความน่าสนใจเพิ่มเติม

Leave a Reply

Your email address will not be published.