ภาพถ่ายแรกของ “หลุมดำ”

ไม่เพียงแต่เป็นความตื่นเต้นของนักดาราศาสตร์เท่านั้น แต่เป็นที่ฮือฮาในแวดวงวิทยาศาสตร์ทั่วๆไปเป็นอย่างมาก เมื่อหน่วยงานดาราศาสตร์แถลงผลงานวิจัยล่าสุดจาก เครือข่ายกล้องโทรทรรศน์อีเวนต์ฮอไรซัน (Event Horizon Telescope : EHT) สามารถถ่ายภาพหลุมดำได้เป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ นับเป็นความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์อันยิ่งใหญ่อีกครั้งหนึ่งของมวลมนุษยชาติ

สาเหตุที่นักนักวิทยาศาสตร์ รวมถึงผู้ที่สนใจทั่วไป ตื่นเต้นกับภาพถ่ายหลุมดำครั้งนี้เป็นอย่างมาก ก็เพราะว่า แม้ว่าเราจะรู้จักหลุมดำกันมานานแล้ว แต่เราไม่เคยมีภาพถ่ายจริงๆ ของหลุมดำเลย ทุกภาพที่เราเห็นๆ กันก่อนหน้านี้ รวมถึงในภาพยนตร์เรื่อง Interstellar ที่ว่าด้วยเรื่องของหลุมดำแบบเข้มข้น ล้วนเกิดจากการมโนภาพนิยามทฤษฎีทางฟิสิกส์และคณิตศาสตร์เท่านั้น

พระเอกของเราในภาพนี้ก็คือ หลุมดำมวลยวดยิ่ง (Supermassive Black Hole) ที่ชื่อว่า ซาจิตทาเรียส เอ (Sagittarius A*) ซึ่งอยู่บริเวณใจกลาง กาแล็กซี M87 ซึ่งเป็นกาแล็กซีทรงรีมวลมหาศาล ห่างจากโลกประมาณ 55 ล้านปีแสง (ราวๆ 500 ล้านล้านล้านกิโลเมตร) อยู่ในบริเวณกลุ่มดาวหญิงสาว หลุมดำมวลยวดยิ่งแตกต่างจากหลุมดำทั่วไป คือ มวลของหลุมดำประเภทนี้จะอยู่ในระดับล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ และจะพบได้เฉพาะในใจกลางกาแล็กซีเท่านั้น เป็นเสมือนหัวใจหลักของแต่ละกาแล็กซี กาแล็กซี M87 ก็มีหลุมดำยักษ์อยู่ที่ใจกลางกาแล็กซีเช่นกัน ที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์ทราบเพียงว่า หลุมดำนี้ปลดปล่อยลำอนุภาคพลังงานสูงออกมา แต่ยังไม่เคยมีใครสามารถถ่ายภาพหลุมดำนี้ได้โดยตรง

ซึ่งกว่าจะได้ภาพถ่ายนี้มา ก็ไม่ใช่เรื่องง่าย ภาพนี้เกิดจากการถ่ายภาพแสงรอบๆ ที่มาจากด้านหน้า ด้านข้าง และด้านหลัง ของหลุมดำ แสงที่เห็นวนรอบๆ คือแสงที่ยังเข้าไปไม่ถึงขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำ หรือ Event Horizon ซึ่งเมื่อเข้าผ่านตรงนั้นไปแล้วแสงจะถูกดูดหายไปเลย โดยใช้กล้องโทรทรรศน์อีเวนต์ฮอไรซัน (Event Horizon Telescope: EHT) เป็นเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุความถี่สูงจากหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์วิทยุ 8 แห่งทั่วโลก ได้แก่ Arizona Radio Observatory/Submillimeter-wave Astronomy (ARO/SMT) สหรัฐอเมริกา, Atacama Pathfinder EXperiment ( APEX) ชิลี, IRAM 30-meter telescope สเปน, James Clerk Maxwell Telescope (JCMT) รัฐฮาวาย สหรัฐอเมริกา, The Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano (LMT) เม็กซิโก, The Submillimeter Array ( MA) รัฐฮาวาย สหรัฐอเมริกา, Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA) ชิลี และ South Pole Telescope (SPT) ณ ขั้วโลกใต้ ทวีปแอนตาร์กติกา

เมื่อทั้งหมดทำงานร่วมกัน จะเสมือนว่ามีกล้องโทรทรรศน์วิทยุขนาดเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของโลก ทำให้ได้ภาพที่มีความละเอียดเชิงมุมระดับ 20 ไมโครอาร์คเซค เปรียบเสมือนมีความละเอียดเพียงพอที่จะอ่านหนังสือพิมพ์ในนิวยอร์คได้จากร้านกาแฟในปารีส ที่ระยะห่างกว่า 6,000 กิโลเมตร ซึ่งข้อมูลจำนวนมหาศาลทั้งหมดจากการสังเกตการณ์ครั้งนี้ มีประมาณ 5 ล้านกิกะไบต์ จึงไม่อาจส่งผ่านเครือข่ายอินเตอร์เน็ตใดๆ ได้ จำเป็นต้องใส่ในฮาร์ดดิสก์แบบพิเศษ นำขึ้นเครื่องบินมาประมวลผลด้วยซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่สถาบันดาราศาสตร์วิทยุมักซ์พลังค์ เยอรมนี และ สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ สหรัฐอเมริกา

ภาพจากเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์อีเวนต์ฮอไรซันที่ได้มานั้น เผยให้เห็นสภาพแวดล้อมรอบๆ หลุมดำ มวลสารกำลังถูกดึงดูดเข้าสู่ใจกลาง เสียดสีกันจนมีพลังงานสูงและเปล่งแสงสว่างออกมา เกิดเป็นจานพลาสมาหมุนวนรอบหลุมดำ และที่ใจกลางจานพลาสมามีหลุมดำมวลยวดยิ่ง ทำให้แสงไม่สามารถเดินทางออกมาได้ เกิดเป็นบริเวณเงามืดใหญ่ขนาดประมาณ 40,000 ล้านกิโลเมตร หรือ ใหญ่กว่าโลก 3 ล้านเท่า แต่เงามืดที่เกิดขึ้นนี้ยังไม่ใช่บริเวณที่เรียกว่า “ขอบฟ้าเหตุการณ์ (event horizon)” คือไม่ใช่ขนาดที่แท้จริงของหลุมดำ แต่เป็นผลที่เกิดจากความโน้มถ่วงมหาศาล บิดโค้งกาลอวกาศรอบ ๆ หลุมดำ ทำให้ขอบฟ้าเหตุการณ์บิดเบี้ยวไป เกิดเป็นเงามืดที่มีขนาดใหญ่กว่าขอบฟ้าเหตุการณ์ที่ควรจะเป็นถึง 2.5 เท่า

นี่เป็นเพียงภาพถ่ายที่เผยแพร่ออกมาให้สาธารณชนได้ดูกันเฉยๆ แต่ในความเป็นจริงแล้ว นักวิทยาศาสตร์ น่าจะได้ข้อมูลอีกมากมายจากความสำเร็จในการสำรวจหลุมดำครั้งนี้ไปต่อยอดความรู้ในเรื่อง เอกภพ จักรวาล ดาราศาตร์ ทฤษฎีสัมพัทธภาพ กลศาสตร์ควอนตัม Thermodynamic และต่างๆ อีกมากมายทีเดียว