ถึงวันนี้ภาพถ่ายหลุมดำภาพแรกสุดของโลกคงผ่านตาหลายคนไปบ้างแล้ว ถือเป็นความสำเร็จครั้งสำคัญของโครงข่ายโทรทรรศน์วิทยุ The Event Horizon Telescope (EHT) ที่เพียรพยายามมาหลายปี

แต่หากใครติดตามข่าวในงานแถลงการณ์ของทีมงาน EHT อาจสงสัยว่า ทำไมทีมงานที่ออกมาให้ข่าวรวมทั้งดอกเตอร์สาวคนดัง เคธี่ บาวแมน ใช้ศัพท์เรียกบริเวณตรงกลางรูปโดนัทสีสัมที่เหมือนภาพตกโฟกัสนี้ว่า “Shadow” หรือในความหมายว่า “เงาดำ” ทำไมไม่เรียกบริเวณนี้ว่า ขอบฟ้าเหตุการณ์ (Event Horizon)

บทความนี้โชคดีที่ได้คลิปอธิบายที่มาที่ไปของคำว่า “Shadow” ช่วยให้เราเข้าใจภาพที่เราเห็นในมากยิ่งขึ้น

หลุมดำนั้นจริงๆแล้วคือบริเวณที่เรียกว่า “ซิงกูลาริตี้” มีลักษณะเป็นจุด (มี 0 มิติ) ในหลุมดำที่ไม่หมุน และมีลักษณะเป็นแผ่น (2 มิติ) ในหลุมดำที่หมุน ทั้งสองแบบมีปริมาตรเป็น 0 ทำให้หลุมดำมีความหนาแน่นเป็นอนันต์

รอบ “ซิงกูลาริตี้” เป็นบริเวณที่เรียกว่า ขอบฟ้าเหตุการณ์ (Event Horizon) มีรัศมีที่เรียกว่า รัศมีชวาร์สชิลด์ (rs) ซึ่งรัศมีนี้จะกว้างเท่าไรก็แล้วแต่มวลของหลุมดำนั้น ยกตัวอย่างเช่น ดวงอาทิตย์ของเรา หากกลายเป็นหลุมดำ จะมีรัศมีชวาร์สชิลด์ ประมาณ 3 กิโลเมตร และ ขอบฟ้าเหตุการณ์ (Event Horizon) นี้เองคือทรงกลมที่เป็นเหมือน “รั้วบ้าน” ของ “ซิงกูลาริตี้” ที่ทุกสิ่งที่อย่างแม้กระทั่งแสง เมื่อผ่านจุดนี้ไปก็จะไม่มีวันย้อนกลับออกมาได้อีก ทรงกลมนี้จึงมืดสนิท

ส่วนรัศมีของขอบในของจานสะสมมวลที่เป็นแสงสีส้มในภาพคือ 3rs หรือ 3 เท่าของรัศมีชวาร์สชิลด์ และที่ระยะ 1.5rs หรือ 1.5 เท่าของรัศมีชวาร์สชิลด์ จะเป็นที่อยู่ของทรงกลมโฟตอน เป็นบริเวณไม่เสถียรที่โฟตอนหรืออนุภาคแสงยังไม่ถูกสูบเช้าไปในขอบฟ้าเหตุการณ์

ทีนี้ จากมุมของโลกเราที่มองไป แสงที่วิ่งขนานสายตาของเราส่วนที่ตรงไปหาขอบฟ้าเหตุการณ์ก็จะถูกสูบหายไป แต่แสงส่วนที่เดินทางห่างออกมาที่ระยะ 2.6 เท่าของรัศมีชวาร์สชิลด์ จะยังคงอยู่และไปวนรอบทรงกลมโฟตอน เมื่อแสงอ้อมหลังทำให้เกิดไปเงาฉายมาด้านหน้า เงาดำนี้เองคือภาพ 2 มิติของ Event Harizon ที่ขยายใหญ่ขึ้น 2.6 เท่า

ดังนั้น แทนที่เราจะเห็นภาพของบริเวณ Event Harizon หรืออย่างน้อยก็ได้เห็นวงแหวนโฟตอนชัดเจนในภาพถ่ายภาพแรกเมื่อวันที่ 10 เม.ย. เรากลับเห็นเงาดำหรือ Shadow ที่มีรัศมี 2.6 เท่าของรัศมีชวาร์สชิลด์ แทน

สาเหตุก็เป็นเช่นนี้

เรียบเรียงโดย @MrVop