โรงเรียนบ้านหนองสีนวล

หมู่ 5 บ้านหนองสีนวล ต.ด่านทับตะโก อ.จอมบึง จ.ราชบุรี 70150

Mon - Fri: 9:00 - 17:30

032 228642

หลุมดำ ทำไมหลุมดำถึงเป็นสีแดง ซูเปอร์คอมพิวเตอร์อยู่เบื้องหลังหลุมดำ

หลุมดำ ก่อนหน้านี้นาซา ระบุว่าพวกเขาค้นพบหลุมดำที่พเนจร ล่องลอย รอบทางช้างเผือกผ่านกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิล และเชื่อว่าหลุมดำนี้น่าจะเป็นผลผลิตของวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ แม้ว่านี่จะไม่ใช่ครั้งแรกที่ผู้คนค้นพบหลุมดำ แต่ก็ยังน่าตื่นเต้นมาก จำได้ไหมว่าภาพถ่ายหลุมดำภาพแรกเผยแพร่ในปี 2019 เมื่อไหร่ ในเวลานั้น ผู้คนประหลาดใจกับความยากในการถ่ายภาพหลุมดำ และสงสัยว่าทำไมหลุมดำถึงมีสีแดง

หลุมดำเป็นสีดำหรือสีแดง ทำไมทุกคนถึงบอกว่าไอน์สไตน์พูดถูกอีกครั้งเมื่อการสังเกตหลุมดำลึกขึ้น ไอน์สไตน์ทำนายการมีอยู่ของหลุมดำตั้งแต่ช่วงต้นศตวรรษที่แล้ว แต่เนื่องจากการสังเกตของมนุษย์ในระดับที่จำกัด เราจึงไม่สามารถสังเกตเห็นหลุมดำในเอกภพได้ นอกจากนี้ หลุมดำยังมีแรงโน้มถ่วงที่รุนแรงและผู้คนไม่รู้อะไรเลยเกี่ยวกับสถานการณ์ภายในหลุม ภาพของสิ่งนี้ค่อยๆกลายเป็นลึกลับมากขึ้นเรื่อยๆ

ก่อนที่จะมีภาพของหลุมดำ ทุกคนใช้จินตนาการของตนในการวาดหลุมดำในจินตนาการ จนกระทั่งมีการปล่อยภาพถ่ายหลุมดำภาพแรกออกมา ม่านผีลึกลับในจักรวาลนี้จึงถูกเปิดเผยจริงๆ ในเดือนเมษายน 2019 ทีมงานความร่วมมือระหว่างประเทศของกล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์ EHT ได้เผยแพร่ภาพถ่ายของหลุมดำที่ถ่ายโดยชุดสัญญาณรบกวนซึ่งประกอบด้วยกล้องโทรทรรศน์คลื่นหลายมิลลิเมตรทั่วโลก

ในความเป็นจริง นักดาราศาสตร์ของทีมวิจัยนานาชาติของกล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์ เดิมทีได้ตั้งหลุมดำมวลมหาศาลสองหลุมเป็นเป้าหมายการสังเกตการณ์ หลุมหนึ่งคือหลุมดำ M87 ที่แสดงภาพถ่าย และอีกหลุมหนึ่งคือหลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางทางช้างเผือก ระยะห่างระหว่างทั้งสองกับโลกแตกต่างกันมาก หลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางทางช้างเผือกอยู่ห่างจากเราเพียง 2.5 ปีแสง

แต่ขนาดของหลุมดำ M87 นั้นใหญ่ประมาณ 6 พันล้านเท่าของหลุมดำ ดวงอาทิตย์และหลุมดำใจกลางทางช้างเผือกมีขนาดประมาณ 4 ล้านเท่าของดวงอาทิตย์ ดังนั้น หากเราสังเกตเพียงเงาและรัศมีของหลุมดำ หลุมดำ M87 จะมีลักษณะทั่วไปมากกว่า ความจริงแล้วสิ่งนี้เกี่ยวข้องกับธรรมชาติของหลุมดำเอง ใครๆก็รู้ว่าหลุมดำจะกลืนกินสสารที่อยู่รอบๆอย่างไร้ความปรานีและจะไม่กลืนลงไปในคำเดียว

หลุมดำ

สำหรับดาวฤกษ์บางดวงที่มีมวลมากกว่านั้น รูจะเลือกเคี้ยวช้าๆ ในกระบวนการที่ดาวร้อนจะกลืนกินสสารบนพื้นผิวจะก่อตัวเป็นการไหลของก๊าซสะสม และก๊าซเหล่านี้ไหลล้อมรอบหลุมดำและเคลื่อนที่ไปกับมัน นี่คือสิ่งที่เรามักเรียกว่าดิสก์สะสม และสีแดงในวงแหวนรอบนอกของภาพถ่ายหลุมดำที่เราเห็นก็เป็นดิสก์สะสมเช่นกัน เหตุใดดิสก์สะสมข้อมูลจึงเป็นสีแดง ดาวที่ถูกกลืนกินทั้งหมดเป็นสีแดงหรือไม่

สีแดงของจานสะสมมวลไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับสีของดาว แต่เนื่องจากทีมวิจัยเลือกใช้สีแดงเพื่อแสดงแสงที่ติดอยู่ กล่าวอย่างง่ายๆเมื่อ EHT ใช้กล้องโทรทรรศน์เพื่อสังเกตการณ์ จะใช้ความยาวคลื่น 1.3 มม. เป็นความยาวคลื่นสังเกตการณ์ และคลื่นย่อยมิลลิเมตรที่สังเกตได้เองไม่อยู่ในช่วงของแสงที่ตามองเห็น ดังนั้นเพื่อนำเสนอดิสก์สะสมของหลุมดำจำเป็นต้องลงสีในภายหลัง

ไม่ต้องสงสัยเลยว่าผู้คนเลือกสีแดง แต่ถ้าคุณต้องการเปลี่ยนเป็นสีอื่นก็เป็นไปได้เช่นกัน แต่กระบวนการนี้ยังคงยุ่งยากและมักจะต้องใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ หลังจากพูดถึงสาเหตุที่หลุมดำมีสีแดงแล้ว เรามาดูสาเหตุที่ใครๆก็ว่าไอน์สไตน์พูดถูกกันอีกครั้ง ไอน์สไตน์เป็นหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในโลก และสิ่งที่ทรงพลังกว่านั้นคือแม้ว่าเขาจะเสียชีวิตไปนานแล้ว แต่คำทำนายที่ทิ้งไว้ก็สำเร็จเป็นจริงทีละคำ

ในช่วงต้นของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ไอน์สไตน์กล่าวว่ามีหลุมดำในเอกภพ และได้ให้คำอธิบายบางอย่างเกี่ยวกับหลุมดำ เมื่อมองย้อนกลับไปที่ประวัติการทำนาย หลุมดำ คุณจะพบว่าคนแรกที่ทำนายหลุมดำไม่ใช่ไอน์สไตน์ ในช่วงต้นปี 1783 เมื่อกลศาสตร์แบบคลาสสิกปกครองโลกฟิสิกส์มิเชล นักธรณีวิทยา ได้เสนอการมีอยู่ของดาวมืดในเอกภพเป็นคนแรก และลาปลาซก็ได้เขียนลงในหนังสือของเขาในเวลาต่อมา

อย่างไรก็ตาม คนส่วนใหญ่มักตั้งคำถามถึงการมีอยู่ของหลุมดำอยู่เสมอ ดังนั้นหลังจากที่ถูกเสนอขึ้นมา พวกเขาจึงไม่ได้รับความสนใจมากนัก จนกระทั่งไอน์สไตน์ได้ตั้งทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปขึ้นและชวาร์ซไชลด์ นักฟิสิกส์ได้คิดวิธีแก้ปัญหาของชวาร์ซ ชิลด์อย่างรวดเร็ว ซึ่งภายใต้การผสมผสานที่ลงตัว ลักษณะของหลุมดำก็ถูกนำเสนอต่อผู้คน ข้อมูลแสดงให้เห็นว่าจากมุมมองของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

หลุมดำเป็นภาวะเอกฐานในอวกาศ และหลุมดำ สามารถเข้าใจได้อย่างคร่าวๆด้วยระดับความโค้งของกาลอวกาศ-เวลาที่แตกต่างกัน ถือได้ว่าเป็นสถานการณ์ที่จำกัดเมื่อวัตถุมีขนาดเล็กมากและความหนาแน่นของมวลสูงมากหลังจาก การยุบตัวด้วยแรงโน้มถ่วง เห็นได้ชัดว่าการมีอยู่ของหลุมดำได้รับการยืนยันและแม้แต่ถ่ายภาพโดยตรงปรากฏการณ์เหล่านี้ล้วนแสดงให้เห็นว่าไอน์สไตน์พูดถูกอีกครั้ง

ไม่เพียงเท่านั้น แต่นักดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ เชื่อว่าหลุมดำที่ใจกลางทางช้างเผือกยังทดสอบทฤษฎีของไอน์สไตน์และพิสูจน์คำทำนายของมันด้วย เดเรีย เกตส์ และเจสสิก้า ลู จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ ได้ติดตามดาวดวงหนึ่งใกล้กับหลุมดำที่ใจกลางทางช้างเผือก ดาวฤกษ์โคจรรอบหลุมดำในวงโคจรแบบ super-tooth

ในกระบวนการนี้ มันบิดเบือนรูปทรงเรขาคณิตของเวลาและอวกาศและเมื่อมันเข้าใกล้หลุมดำมากขึ้น แสงของมันจะผ่านการเปลี่ยนแปลงทางโน้มถ่วงของเรดชิฟต์เรดชิฟต์เชิงโน้มถ่วงนี้สอดคล้องอย่างไม่ต้องสงสัยกับ การทำนายของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป เจสสิก้า ลู กล่าวว่าการวัดค่าเรดชิฟต์ของความโน้มถ่วงรอบหลุมดำมวลมหาศาล เป็นจุดเริ่มต้นของยุคใหม่ของการทดสอบทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

กล่าวโดยย่อไอน์สไตน์ได้ทิ้งคำทำนายไว้ให้กับโลกมากเกินไป และเมื่อคำทำนายได้รับการยืนยันทีละคำ ผู้คนจึงชื่นชมนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่คนนี้มากยิ่งขึ้น เป็นมูลค่าการกล่าวขวัญว่าไม่ว่าจะพัฒนาภาพถ่ายสำหรับหลุมดำหรือติดตามดวงดาวที่อยู่ใกล้หลุมดำ แท้จริงแล้ว ขึ้นอยู่กับ ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ ที่อยู่เบื้องหลัง หากปราศจากความช่วยเหลือ เราคงอยากเปิดเผยภูเขาน้ำแข็งของปริศนาหลุมดำทุกซอกทุกมุม มันยากมาก

ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ช่วยเปิดเผยความลับของหลุมดำ หมายถึงซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ภาพถ่ายหลุมดำภาพแรกที่เรากล่าวถึงข้างต้นถูกล้างโดยทีมวิจัยสำหรับวงกลมสีแดง มันถูกประมวลผลโดยคอมพิวเตอร์เป็นพิเศษเช่นกัน เนื่องจากซูเปอร์คอมพิวเตอร์มีพลังในการคำนวณสูง ผู้คนมักจะใช้มันเพื่อจำลอง เหตุการณ์พิเศษบางอย่างในจักรวาล เช่น กระบวนการของหลุมดำที่กลืนกินดวงดาว และแบบจำลองสามารถสร้างได้ด้วยซูเปอร์คอมพิวเตอร์

นอกจากนี้ บาร์ต ริเปอร์ด้า นักวิจัยแห่งมหาวิทยาลัยพรินซ์ตันในสหรัฐอเมริกาและทีมวิจัยของเขายังใช้คลัสเตอร์ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ เพื่อสร้างภาพนอกขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำเพื่อแสดงให้ผู้คนเห็นว่าเหตุใดหลุมดำ จึงเปล่งแสงออกมาอย่างกะทันหัน ด้วยพลังของซูเปอร์คอมพิวเตอร์ แม้ว่าเราจะไม่สามารถเดินทางผ่านระยะทางไกลของปีแสงและเห็นการเปลี่ยนแปลงบางอย่างรอบๆหลุมดำได้โดยตรง

แต่เราสามารถแสดงสิ่งเหล่านี้บนคอมพิวเตอร์ผ่านอัลกอริทึมบางอย่างได้ แม้ว่าในทางทฤษฎี คนธรรมดาอย่างเราไม่สามารถเข้าใจแบบจำลองและรูปภาพเหล่านี้ได้ แต่ตราบใดที่นักวิจัยสามารถค้นหาข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับหลุมดำผ่านการจำลอง วันหนึ่งในอนาคต เราจะสามารถถอดรหัสข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับหลุมดำได้ เราตั้งตารอกันได้เลย แล้วซูเปอร์คอมพิวติ้งจะนำสิ่งที่น่าประหลาดใจมาสู่มวลมนุษยชาติมากขึ้นไปอีก

บทความอื่นๆที่น่าสนใจ : ดีท็อกซ์ วิธีการดีท็อกซ์ตับทำอย่างไรให้สุขภาพดีและมีประสิทธิภาพ