ในเดือนเมษายน 2019 ที่ผ่านมา โครงการ Event Horizon Telescope (EHT) ได้เปิดตัวภาพถ่ายภาพแรกของหลุมดำ ใจกลางกาแล็กซี M87 จนโด่งดังไปทั่วโลก และถัดจากนี้ไป ทีมงานค้นพบหนทางที่จะถ่ายภาพของทรงกลมแสงที่วิ่งวนรอบหลุมดำหรือที่เรียกว่า “Photon Sphere” มาให้เราชมในอนาคตอันใกล้นี้

ทรงกลมหลุมดำที่ห่อหุ้มจุดเอภาวะมีขอบเขตที่เรียกว่า “ขอบฟ้าเหตุการณ์” หรือ Event Horizon ที่มีขนาดเทากับ 1 รัศมีชวาร์สชิลด์ (Rs) ซึ่งเป็นจุดมืดสนิทที่แม้แต่แสงก็จะถูกดูดเข้าไปจนไม่อาจกลับออกมาได้ (สีดำสนิทในกลางภาพล่าง)

รอบนอกสุดของหลุมดำมีสิ่งที่เรีบกว่า “จานสะสมมวล” (สีเทาในภาพล่าง) คือบริเวณที่มีสสารจำพวกฝุ่นและแก้สหมุนวนรอบหลุมดำด้วยความเร็วสูง อนุภาคของสสารเหล่านี้จะเสียดสีกันจนสว่างโร่ ขอบในสุดของจานสะสมมวลมีขนาดเท่ากับ 3 รัศมีชวาร์สชิลด์ (Rs) หากเข้าใกล้กว่านี้ สสารเหล่านี้จะถูกดูดเข้าไปในทรงกลม “ขอบฟ้าเหตุการณ์” ดังนั้น จะมีสิ่งเดียวที่เข้าไปใกล้กว่ารหัสมี 3Rs ได้ นั่นคือ “แสง” ด้วยเหตุผลคือแสงนั้นไม่มีมวล

แสงหรืออนุภาคโฟตอนจากทุกทิศทางในอวกาศ จะถูกดูดเข้ามาหาหลุมดำ และเข้าไปใกล้ได้จนถึงรัศมี 1.5 Rs ที่ ณ จุดนี้ อนุภาคแสงจะวิ่งวนเป็นทรงกลม เรียกว่า “Photon Sphere” แต่ ณ ตรงนี้ เราไม่อาจมองเห็นได้ (เราจะมองเห็นอะไร แสงต้องเดินทางเข้าสู่ดวงตาของเรา) แต่ถัดออกมาที่รัศมี 2.6 Rs (สีแดงในภาพบน) อนุภาคแสงซึ่งมีโมเมนตัมเชิงมุม จะหมุนวนรอบขอบฟ้าเหตุการณ์แล้วย้อนกลับออกมาได้แบบ U-Turn ซึ่งแสงส่วนนี้เองที่เมื่อมองจากโลกจะเห็นเป็นแสงสว่างรูปวงแหวนล้อมรอบวงกลมดำรหัศมี 2.6 Rs เอาไว้

นักฟิสิกส์พบวิธีที่จะถ่ายภาพวงแหวนแสงที่ว่านี้ โดยตั้งใจจะเพิ่มจำนวนกล้องอีก 2 ชุดในระบบกล้อง EHT โดยตั้งใจจะส่งกล้องชุดแรกขึ้นไปบนวงโคจรโลก และหากเป็นไปได้ในอนาคต อาจส่งกล้องชุดที่ 2 ขึ้นไปบนดวงจันทร์ ด้วยระยะห่างของตำแหน่งกล้อง เราจะได้ภาพที่คมชัดของ “Photon Sphere” หรือวงแหวนแห่งแสงนี้ได้ชัดเจน

ที่มา http://www.sci-news.com/astronomy/black-hole-photon-ring-08241.html

อ้างอิง https://woosterphysicists.scotblogs.wooster.edu/2019/04/10/black-hole-radii/

เรียบเรียงโดย @MrVop