คลื่นความโน้มถ่วงกับหลุมดำ

โดย...วรเชษฐ์ บุญปลอด

เมื่อต้นปี 2559 หลายคนอาจเริ่มรู้จักคลื่นความโน้มถ่วงจากข่าวที่นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์สามารถตรวจวัดคลื่นความโน้มถ่วงได้เป็นครั้งแรก ซึ่งยืนยันแนวคิดของไอน์สไตน์ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่พยากรณ์ว่าเมื่อวัตถุที่มีมวลสูงมากในอวกาศเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง จะก่อให้เกิดริ้วคลื่นแผ่ออกไปรอบๆ ผลการสังเกตการณ์เมื่อไม่นานมานี้แสดงว่าคลื่นความโน้มถ่วงอาจผลักหลุมดำมวลมากให้หลุดออกจากใจกลางดาราจักร

หลุมดำเป็นบริเวณในอวกาศที่มีความโน้มถ่วงสูง แม้แต่แสงก็ไม่สามารถหลุดพ้นจากหลุมดำได้ เราจึงไม่สามารถสังเกตหลุมดำได้โดยตรง แต่สามารถตรวจวัดการมีอยู่ของหลุมดำได้จากสิ่งที่หลุมดำกระทำต่อวัตถุที่อยู่ใกล้เคียง อย่างดาวฤกษ์หรือกลุ่มแก๊ส

นักวิทยาศาสตร์คาดว่าหลุมดำอาจมีได้หลายขนาด ที่เล็กที่สุดอาจมีขนาดใกล้เคียงอะตอม หลุมดำที่มีขนาดใหญ่และมวลมากที่สุด เรียกว่าหลุมดำมวลยวดยิ่ง ซึ่งอาจมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์นับล้านดวงรวมกัน การศึกษาที่ผ่านมามีหลักฐานว่าใจกลางดาราจักรขนาดใหญ่ทุกแห่งมีหลุมดำมวลยวดยิ่ง ดาราจักรทางช้างเผือกที่เราอยู่ก็มีหลุมดำชนิดนี้ วัดมวลได้ราว 4 ล้านเท่าของดวงอาทิตย์

ทางทฤษฎีเชื่อว่าหลุมดำจิ๋วก่อตัวขึ้นเมื่อเอกภพถือกำเนิด หลุมดำที่มีมวลใกล้เคียงดาวฤกษ์เกิดจากการยุบตัวเมื่อสิ้นอายุของดาวฤกษ์มวลมากจนระเบิดเป็นซูเปอร์โนวา ส่วนหลุมดำมวลยวดยิ่งก่อตัวขึ้นพร้อมกับกำเนิดของดาราจักร ในอดีตนักดาราศาสตร์ค้นพบวัตถุที่อยู่ไกลมาก แต่ตรวจได้เนื่องจากมีการแผ่พลังงานสูง เรียกว่าเควซาร์ ปัจจุบันเราได้ข้อสรุปว่าเควซาร์คือหลุมดำ แต่สามารถปลดปล่อยพลังงานออกมาได้เนื่องจากกระบวนการที่สสารซึ่งอยู่โดยรอบหมุนวนลงสู่หลุมดำ

เควซาร์ 3C 186 ซึ่งอยู่ห่างออกไปประมาณ 8,000 ล้านปีแสง ได้รับความสนใจจากนักดาราศาสตร์เมื่อผลการสังเกตการณ์ด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลบ่งชี้ว่าเควซาร์นี้ไม่ได้อยู่ที่ใจกลางดาราจักรอย่างที่ควรจะเป็น แต่อยู่ห่างออกมาประมาณ 35,000 ปีแสง (มากกว่าระยะทางของดวงอาทิตย์จากศูนย์กลางดาราจักรทางช้างเผือก) การสังเกตสเปกตรัมพบว่าเควซาร์เคลื่อนที่ออกจากศูนย์กลางดาราจักรด้วยความเร็วประมาณ 7.6 ล้านกิโลเมตร/ชั่วโมง ซึ่งเป็นความเร็วที่สูงมาก เราสามารถเดินทางจากโลกไปดวงจันทร์ได้ด้วยความเร็วเท่านี้ในเวลาเพียง 3 นาที

นักวิจัยคำนวณว่าจะต้องมีพลังงานบางอย่าง เทียบเท่าพลังงานจากการระเบิดแบบซูเปอร์โนวาราว 100 ล้านดวงรวมกัน จึงสามารถผลักให้เควซาร์ 3C 186 กระเด็นออกจากใจกลางดาราจักรได้

นักดาราศาสตร์เชื่อว่ากระบวนการที่ทำให้เกิดเหตุการณ์ดังกล่าวน่าจะเป็นผลจากดาราจักรสองดาราจักรพุ่งชนกัน หลุมดำมวลยวดยิ่งที่ใจกลางดาราจักรทั้งสองหมุนวนเข้าหากันก่อนจะรวมเข้าด้วยกัน ระหว่างที่หลุมดำหมุนวนรอบกันได้ก่อให้เกิดคลื่นความโน้มถ่วง แต่คลื่นนี้ไม่ได้แผ่ออกไปรอบๆ แบบสมมาตร เนื่องจากหลุมดำแต่ละหลุมมีมวลและอัตราการหมุนไม่เท่ากัน พลังงานของคลื่นที่แผ่ออกไปด้านหนึ่งมากกว่าอีกด้านหนึ่งจึงผลักหลุมดำที่รวมกันแล้วให้กระเด็นออกจากศูนย์กลางดาราจักร

นักดาราศาสตร์คาดว่าหลุมดำอันเป็นแหล่งพลังงานของเควซาร์ 3C 186 อาจมีมวลมากกว่า 1,000 ล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ หากเป็นจริงนี่จะเป็นหลุมดำมวลมากที่สุดเท่าที่ตรวจพบได้ในขณะนี้ว่ากระเด็นหลุดออกจากศูนย์กลางดาราจักร

หลุมดำชนกันและรวมเข้ากัน เกิดคลื่นความโน้มถ่วงผลักให้หลุมดำออกจากใจกลางดาราจักร (ภาพ - NASA, ESA, A. Feild (STScI))

ปรากฏการณ์ท้องฟ้า (9-16 เม.ย.)

ดาวพุธเคลื่อนเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ ท้องฟ้าเวลาหัวค่ำจึงเหลือดาวอังคารอยู่ทางทิศตะวันตกและดาวพฤหัสบดีอยู่ทางทิศตะวันออก ดาวอังคารอยู่บริเวณเส้นแบ่งระหว่างกลุ่มดาวแกะกับกลุ่มดาววัว อยู่สูงเหนือขอบฟ้าไม่มากนักเมื่อท้องฟ้ามืดลง ตกลับขอบฟ้าในเวลาประมาณ 2 ทุ่มครึ่ง

ดาวพฤหัสบดีอยู่ในกลุ่มดาวหญิงสาว อยู่ตรงข้ามกับดวงอาทิตย์ในวันที่ 8 เม.ย. ช่วงนี้จึงเริ่มเห็นดาวพฤหัสบดีอยู่เหนือขอบฟ้าทิศตะวันออกหลังดวงอาทิตย์ตก จากนั้นเคลื่อนสูงขึ้นไปถึงจุดสูงสุดบนท้องฟ้าด้านทิศใต้ในเวลาเที่ยงคืน แล้วค่อยๆ เคลื่อนต่ำลงจนตกลับขอบฟ้าทิศตะวันตกในช่วงที่ดวงอาทิตย์ขึ้น

ดาวเสาร์อยู่ในกลุ่มดาวคนยิงธนู ขึ้นมาอยู่เหนือขอบฟ้าทิศตะวันออก ค่อนไปทางทิศตะวันออกเฉียงใต้ที่มุมเงย 10 องศา ตั้งแต่เวลาประมาณ 5 ทุ่มครึ่ง จากนั้นเคลื่อนสูงขึ้นจนไปอยู่สูงสุดบนท้องฟ้าด้านทิศใต้ในเวลาตี 4 ครึ่งปลายเดือน มี.ค.ที่ผ่านมา ดาวศุกร์เคลื่อนมาอยู่ในแนวระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ ต้นเดือน เม.ย.นี้ ดาวศุกร์ทำมุมห่างดวงอาทิตย์มากขึ้นจนเริ่มปรากฏบนท้องฟ้าเวลาเช้ามืด โดยอยู่ใกล้ขอบฟ้าในช่วงแรก ทำมุมห่างดวงอาทิตย์มากขึ้นอย่างรวดเร็วจนสามารถสังเกตได้ด้วยตาเปล่าในเวลาเช้ามืด หรือที่เราเรียกดาวศุกร์ในเวลาดังกล่าวว่าดาวประกายพรึก

ต้นสัปดาห์เป็นปลายข้างขึ้น ดวงจันทร์อยู่บนท้องฟ้าเวลาหัวค่ำของทุกวัน หลังจันทร์เพ็ญในวันที่ 11 เม.ย.จะเข้าสู่ข้างแรม โดยเช้ามืดวันนั้น ดวงจันทร์จะอยู่ใกล้ดาวพฤหัสบดีที่ระยะห่าง 2 องศา เห็นได้ใกล้ขอบฟ้าทิศตะวันตก