7,330 Views
Favorite
โดยเงินรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปีนี้ จะถูกแบ่งเป็นสองส่วนให้แก่ 3 นักวิทยาศาสตร์ โดยเงินรางวัลครึ่งแรกมอบให้แก่ศาสตราจารย์ Roger Penrose สำหรับการค้นพบว่าการเกิดของหลุมดำในธรรมชาติสามารถอธิบายได้ด้วยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ และเงินรางวัลอีกครึ่งหนึ่งมอบให้แก่ศาสตราจารย์ Reinhard Genzel และศาสตราจารย์ Andrea Ghez สำหรับการค้นพบวัตถุอัดแน่นมวลยิ่งยวด (supermassive compact object) หรือ หลุมดำมวลมหาศาล ณ ใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือก
ในอดีตมีการใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ อธิบายถึงการเกิดหลุมดำว่า หลุมดำจะเกิดขึ้นได้เมื่อมีการยุบตัวของมวลสารมีรูปทรงกลมเกลี้ยงและสมมาตร (spherical symmetry) โดยดาวฤกษ์ที่กำลังยุบตัวจะกลายเป็นหลุมดำ และมวลสารของมันจะหลบซ่อนอยู่ภายในขอบฟ้าเหตุการณ์ (event horizon) และสร้างภาวะเอกฐาน (singularity) ขึ้นที่จุดศูนย์กลางของหลุมดำ จากนั้นดาวฤกษ์จะถูกกลืนเข้าไปในภาวะเอกฐานจนไม่มีสสาร เหลือทิ้งไว้แต่เพียงเวลาและอวกาศที่บิดโค้งเท่านั้น
ต่อมาในปี ค.ศ. 1965 ศาสตราจารย์ Roger Penrose (ปัจจุบันดำรงตำแหน่งเป็นศาสตราจารย์ ณ มหาวิทยาลัย Oxford สหราชอาณาจักร) ได้พัฒนาเทคนิคทางคณิตศาสตร์ที่เรียกว่า “พื้นผิวกักขังแบบปิด (closed trapped surface)” มาอธิบายถึงสมบัติของสิ่งที่มีความหนาแน่นอนันต์ภายใต้ทฤษฎีภาวะเอกฐาน โดยแสดงให้เห็นว่าเมื่อดาวฤกษ์ที่มีขนาดใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ราว 8-10 เท่าขึ้นไป ใช้เชื้อเพลิงจนหมดและเกิดการระเบิดแบบ Supernova ดาวฤกษ์นั้นอาจจะยุบตัวลงจนสร้าง closed trapped surfaceขึ้นมา ซึ่งเมื่อมีวัตถุหรือแสงเดินทางผ่าน closed trapped sur-face จะถูกดูดเข้าสู่ใจกลางของหลุมดำ ซึ่งมีแรงโน้มถ่วง
ดังนั้นจากการวิจัยของศาสตราจารย์ Roger Penrose ได้ข้อสรุปว่าแม้ว่าดาวฤกษ์จะถูกทำให้บิดเบี้ยวผิดรูปไป โดยไม่มีรูปทรงกลมเกลี้ยงและสมมาตร ดาวฤกษ์นั้นจะยังสามารถยุบตัวลงไปที่จุดเพียงจุดเดียวได้ นั่นจึงเป็นที่มาของการเกิดหลุมดำ
การพิสูจน์การมีอยู่ของหลุมดำเนื่องจากไม่มีสิ่งใดสามารถหลุดออกมาจากหลุมดำได้ จึงทำให้นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถสังเกตหลุมดำได้โดยตรง แต่แรงโน้มถ่วงอันมหาศาลที่ทำให้พื้นผิวของเอกภพบิดงอ ได้ส่งผลให้ดาวฤกษ์ที่โคจรรอบหลุมดำมีพฤติกรรมที่เปลี่ยนไป และนี่คือสมมติฐานของศาสตราจารย์ Reinhard Genzel จากสถาบัน Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics ณ ประเทศเยอรมนี และ ศาสตราจารย์ Andrea Ghezจาก University of California, Los Angeles (UCLA) สหรัฐอเมริกา โดยนักวิทยาศาสตร์ทั้งสองได้ศึกษาวงโคจรของดาวฤกษ์หลายดวงที่โคจรกันอย่างซับซ้อนบริเวณใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือกมานานกว่า 20 ปี ด้วย
กล้องโทรทัศน์ที่ย่านรังสีอินฟราเรด โดยทีมของศาสตราจารย์ Genzel ได้ใช้กล้องโทรทรรศน์ที่ประกอบด้วยกระจกเส้นศูนย์ผ่านกลางยาวกว่า 8 เมตร ของหอสังเกตการณ์ Very Large Telescope (VLT) ตั้งอยู่ในประเทศชิลี ในขณะที่ศาสตราจารย์ Ghez ได้ใช้กล้องโทรทรรศน์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางถึง 10 เมตร จากหอสังเกตการณ์ Keck Observatory ในสหรัฐอเมริกา
โดยนักวิทยาศาสตร์ทั้งสองได้ศึกษาวงโคจรของดาวฤกษ์หลายดวงที่โคจรกันอย่างซับซ้อนบริเวณใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือกมานานกว่า 20 ปี ด้วยกล้องโทรทัศน์ที่ย่านรังสีอินฟราเรด โดยทีมของศาสตราจารย์ Genzel ได้ใช้กล้องโทรทรรศน์ที่ประกอบด้วยกระจกเส้นศูนย์ผ่านกลางยาวกว่า 8 เมตร ของหอสังเกตการณ์ Very Large Telescope (VLT) ตั้งอยู่ในประเทศชิลี ในขณะที่ศาสตราจารย์ Ghez ได้ใช้กล้องโทรทรรศน์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางถึง 10 เมตร จากหอสังเกตการณ์ Keck Observatory ในสหรัฐอเมริกา
จากการสังเกตการณ์พบว่า มีดาวฤกษ์ ณ ใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือกเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วและมีลักษณะการโคจรที่วุ่นวายคล้ายฝูงผึ้ง แต่ดวงดาวที่อยู่นอกบริเวณนั้นจะโคจรเป็นวงรีอย่างเป็นระเบียบมากกว่า โดยกลุ่มดาวฤกษ์ที่ทั้งสองให้ความสนใจ คือ กลุ่มดาวฤกษ์ที่ชื่อว่า S-O2ซึ่งพบว่าใช้เวลาโคจรรอบใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือกในเวลาไม่ถึง 16 ปี ในขณะที่ดวงอาทิตย์ต้องใช้เวลามากกว่า 200 ล้านปี และเมื่อนำข้อมูลวิถีวงโคจรของ S-O2 มาคำนวณ พบว่าสิ่งเดียวที่จะทำให้เกิดเหตุการณ์นี้ได้ คือการมีอยู่ของวัตถุอัดแน่นมวลยิ่งยวด (supermassive com-pact object) ที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ 4 ล้านเท่า ซึ่งถือเป็นหลักฐานแสดงให้เห็นว่ามีหลุมดำมวลมหาศาลซ่อนตัวอยู่ในบริเวณใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือกนั่นเอง การค้นพบของ 3 นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างรากฐานใหม่ในการศึกษาวัตถุมวลยิ่งยวด ซึ่งจะนำไปสู่การไขความลับต่าง ๆ ของจักรวาลได้ในอนาคต
จากวารสารข่าววิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีจากกรุงบรัสเซลส์ ฉบับที่ 10 ประจำเดือน ตุลาคม 2563
