หลุมดำ Black Hole

หลุมดำ (Black Hole)

หลุมดำ (อังกฤษ: black hole) หมายถึงเทหวัตถุในเอกภพที่มีแรงโน้มถ่วงสูงมาก ไม่มีอะไรออกจากบริเวณนี้ได้แม้แต่แสง เราจึงมองไม่เห็นใจกลางของหลุมดำ หลุมดำจะมีพื้นที่หนึ่งที่เป็นขอบเขตของตัวเองเรียกว่าขอบฟ้าเหตุการณ์ ที่ตำแหน่งรัศมีชวาร์สชิลด์ ถ้าหากวัตถุหลุดเข้าไปในขอบฟ้าเหตุการณ์ วัตถุจะต้องเร่งความเร็วให้มากกว่าความเร็วแสงจึงจะหลุดออกจากขอบฟ้าเหตุการณ์ได้ แต่เป็นไปไม่ได้ที่วัตถุใดจะมีความเร็วมากกว่าแสง วัตถุนั้นจึงไม่สามารถออกมาได้อีกต่อไป

เมื่อดาวฤกษ์ที่มีมวลมหึมาแตกดับลง มันอาจจะทิ้งสิ่งที่ดำมืดที่สุด ทว่ามีอำนาจทำลายล้างสูงสุดไว้เบื้องหลัง นักดาราศาสตร์เรียกสิ่งนี้ว่า "หลุมดำ" เราไม่สามารถมองเห็นหลุมดำด้วยกล้องโทรทรรศน์ใดๆ เนื่องจากหลุมดำไม่เปล่งแสงหรือรังสีใดเลย แต่สามารถตรวจพบได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์วิทยุ และคลื่นโน้มถ่วงของหลุ่มดำ (ในเชิงทฤษฎี โครงการ แอลไอจีโอ) และจนถึงปัจจุบันได้ค้นพบหลุมดำในจักรวาลแล้วอย่างน้อย 6 แห่ง

หลุมดำเป็นซากที่สิ้นสลายของดาวฤกษ์ที่ถึงอายุขัยแล้ว สสารที่เคยประกอบกันเป็นดาวนั้นได้ถูกอัดตัวด้วยแรงดึงดูดของตนเองจนเหลือเป็นเพียงมวลหนาแน่นที่มีขนาดเล็กยิ่งกว่านิวเคลียสของอะตอมเดียว ซึ่งเรียกว่า เอกภาวะ

หลุมดำแบ่งได้เป็น 4 ประเภท คือ หลุมดำมวลยวดยิ่ง เป็นหลุมดำในใจกลางของดาราจักร, หลุมดำขนาดกลาง, หลุมดำจากดาวฤกษ์ ซึ่งเกิดจากการแตกดับของดาวฤกษ์, และ หลุมดำจิ๋วหรือหลุมดำเชิงควอนตัม ซึ่งเกิดขึ้นในยุคเริ่มแรกของเอกภพ

แนวคิดของวัตถุที่มีแรงดึงดูดมากพอที่จะกันไม่ให้แสงเดินทางออกไปนั้นถูกเสนอโดยนักดาราศาสตร์มือสมัครเล่นชาวอังกฤษ จอห์น มิเชล ในปี 1783 และต่อมาในปี 1795 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส ปีแยร์-ซีมง ลาปลาส ก็ได้ข้อสรุปเดียวกัน  ตามความเข้าใจล่าสุด หลุมดำถูกอธิบายโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ซึ่งทำนายว่าเมื่อมีมวลขนาดใหญ่มากในพื้นที่ขนาดเล็ก เส้นทางในพื้นที่ว่างนั้นจะถูกทำให้บิดเบี้ยวไปจนถึงศูนย์กลางของปริมาตร เพื่อไม่ให้วัตถุหรือรังสีใดๆ สามารถออกมาได้

ขณะที่ทฤษฏีสัมพัทธภาพทั่วไปอธิบายว่าหลุมดำเป็นพื้นที่ว่างที่มีความเป็นเอกภาวะที่จุดศูนย์กลางและที่ขอบฟ้าเหตุการณ์บริเวณขอบ คำอธิบายนี่เปลี่ยนไปเมื่อค้นพบกลศาสตร์ควอนตัม การค้นคว้าในหัวข้อนี้แสดงให้เห็นว่านอกจากหลุมดำจะดึงวัตถุไว้ตลอดกาล แล้วยังมีการค่อย ๆ ปลดปล่อยพลังงานภายใน เรียกว่า รังสีฮอว์คิง และอาจสิ้นสุดลงในที่สุด  อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีคำอธิบายเกี่ยวกับหลุมดำที่ถูกต้องตามทฤษฎีควอนตัม

หลุมดำระดับดวงดาว เกิดจากการดับของดาวที่มีมวลตั้งแต่ 18 เท่าดวงอาทิตย์ขึ้นไปครับ ซึ่งถ้าไอ้ดาวที่หนักขนาดนี้ดับลงเนี่ยต่อให้ทำลายตัวเองแบบซูเปอร์โนว่า ยังเหลือมวลมากดตัวเองเป็นแบล็กโฮลสบายๆ ก่อนจะเป็นโนวา ดาวยักษ์จะยุบตัวด้วยความเร็วใกล้ๆแสงครับวิธีการตรวจจับแบล็กโฮลในปัจจุบัน ใช้การตรวจจับรังสีเอ็กซ์ และการหาคลื่นรังสีที่พุ่งออกมาจากพึ้นที่ใกล้ขอบฟ้าเหตุการ์ณ จากการหมุนรอบตัวเองเป็นหลัก

เมื่อเราลองนำความรู้เเละทฤษฏีมาตอบโจทย์เกี่ยวกับหลุมดำที่มีคนสงสัยมากที่สุด

1.หลุมดำมีขอบเขตหรือไม่?

ทฤษฎีที่ได้รับการยอมรับในปัจจุบัน อธิบายว่า หลุมดำนั้นก็มีขอบเขตของตัวเองเหมือนกัน เราเรียกขอบเขตนั้นว่า ขอบฟ้าเหตุการณ์ (Event Horizon)

2. สิ่งที่ถูกดูดเข้าไปในหลุมดำจะไปอยู่ที่ไหน?

ในภาพยนตร์วิทยาศาสตร์อาจชอบนำเสนอว่า เมื่อเราถูกหลุมดำดูดเข้าไปเราอาจจะไปโผล่ในอีกมิติหนึ่งซึ่งเป็นมิติคู่ขนาน แต่ในเมื่อเราเชื่อว่าหลุมดำมีขอบเขตตามข้อแรก ดังนั้นสสารที่ถูกดูดเข้าไปจึงไปโผล่ที่ไหนไม่ได้นอกจากไปกองอยู่ก้นหลุม ตามทฤษฎีอธิบายไว้ว่า ในหลุมดำนั้นตรงกลางจะมีจุดหนึ่งเป็นจุด ซิงกูลาริตี้ ซึ่งมวลทั้งหมดจะไปรวมกันเป็นจุดเดียว อะไรก็ตามที่หลุดเข้าไป ก็จะไปรวมกันอยู่ตรงจุดนี้

3. สิ่งที่ถูกดูดเข้าไปในหลุมดำมีโอกาสรอดออกมาได้หรือไม่?

เนื่องจากหลุมดำมีแรงดึงดูดสูงมาก แม้แต่แสงก็ยังไม่สามารถหลุดรอดออกมาได้ จึงสันนิษฐานกันว่า หากมีสสารหลุดลงไปในหลุมดำ และต้องการจะออกมา สสารนั้นจะต้องเร่งความเร็วให้มากกว่าแสงจึง(อาจจะ)หลุดรอดออกมาได้  ซึ่งในความเป็นจริงยังไม่มีสสารใดที่เร่งความเร็วได้มากกว่าแสง จึงน่าจะสรุปได้ว่า เราไม่สามารถออกจากหลุมดำได้เลย

4. สิ่งที่หลุดเข้าไปในหลุมดำ จะหายไปตลอดกาลหรือไม่?

ตามที่กล่าวมาแล้ว หลุมดำนั้นมีแรงโน้มถ่วงสูง และดูดทุกสิ่งเข้าไปรวมกันที่จุดซิงกูลาริตี้ (สสารน่าจะถูกบีบอัดรวมกัน) และไม่น่าจะกลับมาได้อีก