พฤติกรรมดาวใกล้หลุมดำ ยืนยันทฤษฎี “ไอน์สไตน์”

(ภาพ-M. Kornmesser/ESO)

ทีมนักสังเกตการณ์ด้านดาราศาสตร์นานาชาติ ประจำหอสังเกตการณ์ซีกโลกใต้แห่งยุโรป (อีเอสโอ) เผยแพร่รายงานความสำเร็จเป็นครั้งแรกในการตรวจสอบพฤติกรรมของดาวฤกษ์ที่โคจรอยู่ใกล้หลุมดำขนาดมหึมาบริเวณใจกลางกาแล็กซี ทางช้างเผือก หลังรอคอยมานาน 16 ปี เพื่อให้ดาวฤกษ์ดวงเดียวกันดังกล่าวโคจรกลับมาครบรอบที่เดิมอีกครั้งพร้อมติดตั้งอุปกรณ์ทันสมัยไว้รอตรวจสอบรอบนี้

ทีมสังเกตการณ์ของอีเอสโอติดตั้งอุปกรณ์สังเกตการณ์แสงอินฟราเรดไว้กับกล้องโทรทรรศน์วีแอลที (แวรี ลาร์จ เทเลสโคป) ของอีเอสโอซึ่งตั้งอยู่ในประเทศชิลี จนมีความสามารถในการสังเกตการณ์เทียบได้เท่ากับการมองเห็นวัตถุขนาดเท่าลูกเทนนิสบนดวงจันทร์ได้ และนำมาใช้ในการสังเกตการณ์ดาวฤกษ์ชื่อรหัส “เอส 2” ดวงดาวที่เคลื่อนที่อย่างรวดเร็วมีวงโคจรอยู่โดยรอบหลุมดำชื่อ “ซากิททาริอุส เอ*” (Sagittarius A*) ซึ่งอยู่ห่างจากโลกไปราว 26,000 ปีแสง และเป็นหลุมดำขนาดมหึมาจัดอยู่ในกลุ่มหลุมดำมวลยวดยิ่ง ซึ่งใหญ่ที่สุดในการจำแนกหมวดหมู่หลุมดำ

การสังเกตการณ์ประสบความสำเร็จเมื่อสามารถตรวจสอบความเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับ “เอส 2” ได้ตลอดเวลาตั้งแต่ดาวดวงนี้โคจรเข้าไปใกล้จนถึงจุดใกล้หลุมดำนี้มากที่สุดเมื่อวันที่ 19 พฤษภาคมที่ผ่านมา โดยมีระยะห่างจากหลุมดำเทียบเท่ากับ 120 เท่าของระยะห่างจากโลกถึงดวงอาทิตย์

ทีมสังเกตการณ์พบว่า “เอส 2” ทวีความเร็วมากขึ้นเรื่อยๆ ยิ่งเข้าใกล้ยิ่งเร็วมากขึ้น จนเมื่อถึงจุดใกล้ที่สุดนั้น ความเร็วในการโคจรของ “เอส 2” สูงถึง 8,000 กิโลเมตรต่อวินาที หรือคิดเป็น 2.7 เปอร์เซ็นต์ของความเร็วแสง และเมื่อเข้าใกล้หลุมดำมากขึ้นเท่าใด ดาวฤกษ์ดวงนี้ยิ่งปรากฏเป็นสีแดงมากขึ้นเรื่อยๆ แสดงถึงปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ที่เรียกว่า การเลื่อนไปทางแดง หรือ “เรด ชิฟท์”

ทั้งความเร็วที่เพิ่มขึ้นในการเคลื่อนที่ของ “เอส 2” และเรดชิฟท์ ดังกล่าวสอดคล้องกับสิ่งที่ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ทำนายเอาไว้ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ว่าด้วยอิทธิพลของสนามแรงโน้มถ่วงที่สร้างแรงเหนี่ยวมหาศาลต่อวัตถุที่มีมวล รวมทั้งอนุภาคของแสงซึ่งถูกดึงให้ยืดออกและเคลื่อนเข้าใกล้แถบสีแดงมากขึ้นนั่นเอง

“ซากิททาริอุส เอ*” เป็นหลุมดำที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ราว 10 เท่า แต่มีมวลมากกว่าถึง 4 ล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ ธีโบท์ พอมาร์ นักวิจัยจากสถาบันวิจัยแห่งชาติฝรั่งเศส หรือซีเอ็นอาร์เอส ในกรุงปารีส ประเทศฝรั่งเศส ระบุว่า การสังเกตการณ์ครั้งนี้นับเป็นครั้งแรกที่สามารถสังเกตเห็นปรากฏการณ์เรด ชิฟท์ ได้ชัดเจนที่สุดขณะที่วัตถุที่สังเกตกำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงสุดเช่นนี้

“เรด ชิฟท์ แสดงให้เราเห็นว่า แรงโน้มถ่วงมีผลกระทบต่อโฟตอน (อนุภาคแสง) อย่างไรบ้าง ขณะที่อนุภาคนี้เดินทางไปในจักรวาล” แอนเดรีย มีอา เกห์ซ นักดาราศาสตร์และศาสตราจารย์ประจำภาควิชาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ ของมหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนีย ลอสแองเจลิส หนึ่งในทีมสังเกตการณ์ครั้งนี้ระบุ

ในขณะที่ แฟรงค์ ไอเซนฮาวเออร์นักวิทยาศาสตร์อาวุโสประจำสถาบันมักซ์ พลังค์ เพื่อการศึกษาฟิสิกส์นอกโลก และเป็นหัวหน้าคณะนักวิทยาศาสตร์ประจำอุปกรณ์ที่ติดตั้งไว้กับวีแอลที ระบุว่า ผลการสังเกตการณ์ครั้งนี้นอกจาก

จะยืนยันความถูกต้องตามทฤษฎีของไอน์สไตน์แล้ว ยังแสดงผลไม่สอดคล้องกับทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของนิวตัน ที่ทำนายในเรื่องเดียวกันนี้ไว้อีกด้วย

บทความก่อนหน้านี้สงฆ์ : แบบอย่างสังคมแห่งการเรียนรู้
บทความถัดไปสาวท้องสุดอั้น คลอดกลางทะเล ขณะนั่งเรือข้ามจากเกาะเสม็ด