สวัสดีครับ  ผม Partita ขอเสนอเนื้อหาทางดาราศาสตร์ที่กำลังเป็นกระแสขณะนี้ คือ Event Horizon Telescope (EHT)
และความสำเร็จในการถ่ายภาพจริงภาพแรกของ "หลุมดำ" ได้ครับ

ขอเริ่มที่รายละเอียดของ Event Horizon Telescope (EHT) กันก่อน   EHT ไม่ได้เป็นชื่อกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่
ที่มีที่ตั้งอยู่ที่ site ใด ๆ ในโลกครับ  แต่ EHT คือ "Project" ของการนำข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์วิทยุ (Radio Telescope)
หลายแห่งที่กระจายตัวอยู่ทั่วมุมโลก  นำมารวมกัน และ process เป็น "ภาพ" ออกมา   การทำแบบนี้จะได้ผลลัพท์เทียบเท่ากับ
การมี Radio telescope ขนาดใหญ่เท่าโลก เลยทีเดียวครับ

EHT มีเครือข่ายเป็น Radio telescope ที่ใหนบ้าง ?
EHT ได้รับความร่วมมือจากสถานี Radio telescope ต่อไปนี้ครับ

- Atacama Large Millimeter Array   เป็นสถานี Radio telescope อยู่ที่ตอนเหนือประเทศชิลี
- Atacama Pathfinder Experiment   เป็นสถานี Radio telescope อยู่ที่ตอนเหนือประเทศชิลี แต่ติดตั้งบนเขาสูง
- Heinrich Hertz Submillimeter Telescope   เป็นสถานี Radio telescope อยู่ที่รัฐแอริโซน่า
- IRAM 30m telescope   เป็นสถานี Radio telescope อยู่ที่ประเทศสเปน
- James Clerk Maxwell Telescope   เป็นสถานี Radio telescope อยู่ที่หมู่เกาะฮาวาย
- Large Millimeter Telescope   เป็นสถานี Radio telescope อยู่ที่เม็กซิโก
- South Pole Telescope   เป็นสถานี Radio telescope อยู่ที่ขั้วโลกใต้
- Submillimeter Array   เป็นสถานี Radio telescope อยู่ที่หมู่เกาะฮาวาย

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/eb/The_Event_Horizon_Telescope_and_Global_mm-VLBI_Array_on_the_Earth.jpg

EHT ทำงานอย่างไร ?
EHT ทำงานโดยนำข้อมูลจากสถานีต่าง ๆ ข้างต้น  นำมาปะติดปะต่อ และ process กันเพื่อให้ได้ผลลัพท์ภาพที่ดี และ ละเอียด
เหมือนกับเรามีจานรับสัญญาณที่ใหญ่มากขนาดเท่าโลกครับ  แต่ผมจะขอกล่าวถึงการทำงานของ Radio telescope ก่อน
เพราะหลายท่านอาจยังนึกภาพไม่ออก ว่า สถานีกล้องโทรทรรศน์ที่ "ไม่มีเลนส์กล้อง" จะรับภาพ และ แสดงภาพได้อย่างไร ?

การทำงานของระบบกล้องโทรทรรศน์วิทยุ เป็นไปตามภาพนี้ครับ
สัญญาณจากอวกาศ  จะถูกรับโดยจานรับสัญญาณ และส่งเข้าสู่สถานีวิเคราะห์สัญญาณ
และแปลงไปเป็น "ภาพ" ในรูปแบบที่สามารถเข้าใจได้ง่าย

หากเราจินตนาการถึงสัญญาณคลื่นวิทยุ เราจะนึกถึงว่าเป็นแค่ "ความถี่" และ "ความเข้ม" เพียง 2 อย่าง
ซึ่งความจริงก็เป็นเช่นนั้นครับ  แต่ระบบนี้สามารถแสดงออกมาเป็นภาพได้อย่างไร ?
ก็ขอเรียนว่า  ภาพจากระบบกล้องโทรทรรศน์วิทยุนี้ ไม่ได้เป็นภาพสวย ๆ สว่าง ๆ แบบที่เราเห็นจากกล้องโทรทรรศน์ทั่วไป
เพราะระบบนี้ไม่มีอุปกรณ์รับแสงใด ๆ เลย (เช่น เลนส์ , CCD CMOS sensor)  ดังนั้น ระบบนี้จึงแสดงภาพออกมาเป็นลักษณะของ
ความเข้มของสัญญาณต่อ 1 พื้นที่   หรือกล่าวโดยง่ายคือแสดงเป็นภาพสีของความเข้ม - ความถี่ ของสัญญาณที่รับได้
โดยเรียงตามสีไปตามความเข้มสัญญาณจากสีน้ำเงิน ฟ้า เขียว เหลือง แดง

เพื่อให้เห็นภาพ จึงขอยกตัวอย่างภาพนี้ให้ดูครับ
ภาพนี้แสดงถึง "ภาพ" ที่ระบบนี้วิเคราะห์และแสดงออกมาให้เห็นว่ามีการแพร่คลื่นวิทยุในรูปแบบใดบ้าง
ซึ่งเป็นข้อมูลสำคัญในการศึกษาวัตถุดาราศาสตร์ครับ

ภาพนี้แสดงให้เห็นว่า หากนำแกแลคซี่หนึ่งมาวิเคราะห์ เราจะเห็น "ภาพ" ของมันอย่างไรบ้าง
จากภาพนี้จะเห็นว่า ลักษณะที่แสดงในรูปแบบคลื่นวิทยุก็สามารถแสดงเป็น "รูปร่าง" และ "รูปธรรม" ได้เหมือนกัน
ว่าในแกแลคซี่แห่งนั้นมีการแพร่คลื่นในช่วงใดบ้าง

คลิปนี้ แสดงถึงการรวมข้อมูลจาก Radio telescope หลายตัวมาประกอบขึ้นเป็นภาพของหลุมดำแห่งนี้

ภาพถ่าย "หลุมดำ" ที่ถ่ายได้จริงเป็นครั้งแรกของโลก
ก่อนจะไปถึงภาพถ่ายหลุมดำ ขอให้รายละเอียดของหลุมดำก่อนนะครับ ว่ามันคืออะไร ?
หลุมดำ คือ "วัตถุ" ที่ (น่าจะ) เป็นทรงกลม ที่หลงเหลือจากการระเบิดของดาวฤกษ์ดวงใหญ่มากครับ
คือเมื่อดาวฤกษ์ดวงใหญ่จะสิ้นสุดชีวิตลง มันจะจบชีวิตด้วยการระเบิดรุนแรงมาก เรียกว่า Supernova
ซึ่ง Supernova ของดาวดวงใหญ่ นี่แหละ ที่จะระเบิดรุนแรงจนสามารถ "บีบอัด" มวลสารของดาว
ให้ยุบลงไปจนเหลือก้อนเล็กขนาดเพียงไม่กี่ร้อยกิโลเมตร คือจากดาวดวงเดิมจะถูกบีบอัดลงเหลือ
ขนาดเล็กกว่าเดิมถึงเกือบ "ล้านเท่า" ..... นี่เองครับ ที่ทำให้หลุมดำมีลักษณะพิเศษ คือ
จะมีแรงโน้มถ่วงที่ระยะใกล้ ๆ สูงม๊ากกกกกก สูงมากขนาดว่า แสง ยังถูกดูดเข้าไปเลย นั่นเป็นเพราะว่า
หลุมดำมีขนาดเล็กกว่าโลกหลายเท่า แต่มี "มวล" มากกว่าดวงอาทิตย์หลายสิบ หรือ เป็นร้อยเท่า

จากวรรคบน ในเมื่อแสงถูกดูดเข้าไปจึงเป็นที่มาของชื่อ "หลุมดำ" ครับ หากเรามองดูหลุมดำ เราจะมองไม่เห็นมันเลย
เพราะแสงถูกดูด เราจะต้องใช้เครื่องมือพิเศษอย่างกล้องตรวจจับรังสี X-Ray มาส่องไปที่มัน ก็จะเห็นชัดเลยว่าขอบ ๆ
ของหลุมดำแพร่ X-Ray ออกมาเข้มมาก ๆ

มนุษย์สนใจหลุมดำเพราะว่ามันมีความ ลึกลับ อยู่มากครับ เรายังไม่รู้ว่าข้างในหลุมดำคืออะไร ?
แต่ในปัจจุบัน ทางวิทยาศาสตร์ก็ยังไม่ถึงกับโยงเรื่องประตูมิติต่าง ๆ เข้ากับหลุมดำนะครับ เพราะมันยังไม่มีทฤษฏีรองรับ
ว่าพวกประตูมิติ และ/หรือ รูหนอนอวกาศ (เหมือนในหนัง) จะมีจริงหรือไม่ ? ...... แต่ ..... หากจะเอาแบบใกล้เคียงสุด
เรื่องพวกนี้ก็น่าจะเกี่ยวกับหลุมดำนี่แหละ นี่เองที่เป็นสาเหตุให้มนุษย์สนใจหลุมดำมาก ๆ

สำหรับหลุมดำที่เพิ่งถ่ายภาพจริงได้ล่าสุด เป็นหลุมดำประเภท Supermassive Black hole (SMBH : หลุมดำมวลยิ่งยวด)
มันอยู่ที่ใจกลางแกแลคซี่ M87 หรือชื่อเต็มคือ Messier 87 , Virgo A หรือ NGC 4486 อยู่ห่างจากโลกประมาณ 54 ล้านปีแสงครับ
ระยะทาง 54 ล้านปีแสง ถือว่าไกลม๊ากกกก แต่ที่ทาง EHT ได้เลือกที่จะถ่ายภาพหลุมดำที่ไกลมากแห่งนี้
เป็นเพราะหลุมดำ SMBH แห่งนี้เป็น Quasar (เควซาร์) และแกแลคซี่ M87 แห่งนี้ก็เป็น Active Galaxy

ภาพของแกแลคซี่ M87 ถ่ายโดยกล้องโทรทรรศน์ Hubble

Quasar คือลักษณะทางกายภาพของหลุมดำที่รุนแรงแบบหนึ่งครับ
Quasar นั้น คือ "บริเวณใจกลาง" ของ Active Galaxy ซึ่งศูนย์กลางของ Active Galaxy นี้
จะปั่นป่วนรุนแรงไปด้วยการแผ่พลังงานจากโครงสร้างของหลุมดำมวลยิ่งยวด และมี Accretion disk
ที่หมุนวนอย่างรุนแรง Quasar สามารถปล่อยพลังงานออกมาจำนวนมากกว่าแกแลคซี่ทั่วไปเฉลี่ย 1,000 เท่า หรือมากกว่า
แต่ตัวมันเองมีขนาดเล็กกว่าแกแลคซี่ทั่วไปถึง 1 ล้านเท่า ภายใน Quasar พบว่าจะมีหลุมดำขนาดยิ่งยวด
ที่หมุนรอบตัวเองด้วยความเร็วสูงมาก และมีการหมุนวนของ accretiin disk และถ่ายเท gas + อนุภาคต่าง ๆ
ลงสู่หลุมดำอย่างต่อเนื่องทำให้เกิดพลังงานจากสภาพเช่นนี้ครับ

ภาพนี้ แสดงถึงโครงสร้างของ Quasar ครับ คำอธิบายตามภาพนี้เลย

ผมขอทายว่า หลายท่านเมื่อเห็นภาพนี้แล้วจะผิดหวัง เพราะมันก็ดูไม่ชัด ไม่น่าตื่นเต้นเท่าไหร่ และอาจดูไม่รู้เรื่องเสียด้วย
ผมก็ขอเรียนว่า ในทางดาราศาสตร์แล้ว ภาพนี้ถือว่ามีคุณค่า  สร้างความตื่นตะลึง  และเป็นการ "เฉลย" ครั้งสำคัญ
ต่อข้อสันนิษฐาน และ ทฤษฏีหลายอย่างเกี่ยวกับหลุมดำ  ว่า หลุมดำนั้นมีองค์ประกอบของ Photon sphere
มีแผ่นจานมวลสารที่หมุนวนรอบมัน และที่เด็ดสุดก็คือ  ในภาพจะเห็นว่ามีส่วนมืดตรงกลางเป็นวงกลมสีดำ นี่แหละครับ
คือส่วนของ Event horizon (ขอบฟ้าเหตุการณ์) ที่นักดาราศาสตร์เคยได้แค่ "สันนิษฐาน" เท่านั้น
แต่บัดนี้เราได้ถ่ายภาพของจริงมาได้แล้ว ถึงแม้ว่าจะเป็นภาพแบบ Radio image ไม่ได้ถ่ายด้วยกล้องแบบ Hubble
แต่มันก็ระบุโครงสร้างของหลุมดำได้อย่างชัดเจน ซึ่ง....ตรงกับการทำนายของ Einstien ตั้งแต่ปี 1920 

ต่อจากนี้ไป งานต่อไปของทาง EHT ก็คือจะถ่ายภาพหลุมดำกลางแกแลคซี่ทางช้างเผือกของเราบ้าง
ซึ่งทาง EHT ระบุว่าเป็นงานยากเพราะขนาดของ even horizon เล็กมาก มีเมฆฝุ่นโมเลกุลหนาทึบบังอยู่
ก็ .... รอติดตามภาพต่อไปจาก EHT นะครับ

สวัสดีครับ