X

หลุมดำ(Black hole) คืออะไร?

9 ก.ย. 2562
370 views
ขนาดตัวอักษร

Share

User:Alain r - Own work, CC BY-SA 2.5

เมื่อไม่นานมานี้มีข่าวฮือฮาเรื่องการค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงซึ่งเกิดจากหลุมดำคู่หนึ่งควงวนไปรอบกัน... แต่เรื่องนี้ก็มีคนอื่นๆอธิบายไปเยอะแล้ว หาอ่านได้ มีบางที่ทำเป็นการ์ตูนเข้าใจง่ายน่ารักดีอีกต่างหาก...

 

แต่ก่อนจะไปถึงเรื่องนั้น  สงสัยกันไหมครับว่า แล้วตกลงไอ้ของที่เรียกว่า"หลุมดำ"เนี่ย มันคืออะไร ถ้างั้น Perspective จะใช้ภาษาง่าย ๆ อธิบายแบบเน้นเข้าใจ ไม่เน้นยากกันดีไหมครับ ;)

 

ต้นกำเนิดของหลุมดำนั้น เกิดจากสิ่งที่ดูจะตรงข้ามกันเพราะมันเปล่งแสงเจิดจ้าระยับบนฟ้าอย่างดาวฤกษ์นี่แหละ ซึ่งเราก็จำต้องเล่าท้าวความกลับไปแบบนี้ครับ

 

ดาวฤกษ์อย่างดวงอาทิตย์ของเรานั้น เกิดจากกลุ่มแก๊สที่ยุบรวมเข้าหากันเป็นก้อนกลม แต่ด้วยขนาดมหึมาของเมฆแก๊สต้นกำเนิดนั้น ทำให้แก๊สที่ดูเหมือนเบาบางสุมอัดกันแน่นเข้าสู่ศูนย์กลางด้วยความโน้มถ่วงของตัวมันเอง ยิ่งแกนของก้อนแก๊สสุมกันมากขึ้น แรงโน้มถ่วงก็มากขึ้น ก็ยิ่งดึงแก๊สรอบ ๆ เข้ามาเพิ่มได้มากขึ้นอีก  การสุมรวมกันเข้าหาศูนย์กลางนี้ทำให้เกิดแรงบีบอัดมหาศาลที่แกนกลาง แรงอัดนี้มากพอจะบีบให้อะตอมของแก๊สรวมเข้าหากัน ซึ่งการที่อะตอมจะรวมเข้ากันได้จำเป็นต้องคายพลังงานทิ้งออกมา นึกถึงภาพง่าย ๆ ว่า  อะตอมเป็นส้มผลนึง พลังงานคือน้ำในผลส้ม จะบีบให้ส้มเล็กลงได้ ก็จำเป็นต้องปล่อยให้น้ำข้างในทะเล็ดออกมา และการรวมตัวกันของอะตอมในแกนของกลุ่มแก๊สนี้ก็เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องและเกิดขึ้นมากมาย พลังงานที่คายออกมาจึงมีมหาศาล ยิ่งแรงบีบจากการสุมกันเข้าของแก๊สรอบ ๆ มีมากขึ้น การรวมตัวและปลดปล่อยพลังงานของอะตอมที่แกนยิ่งมากตาม พลังงานจากแกนข้างในนี้บางส่วนกลายเป็นความร้อน และเริ่มออกแรงดันกลับออกมา ยันการยุบลงของก้อนแก๊สไว้ เกิดสมดุลของแรงบีบกับแรงดัน กลายเป็นก้อนลูกไฟสุกสว่างเจิดจ้าที่ปลดปล่อยพลังงานออกมาจากแกนด้านใน

 

เมื่ออะตอมในไส้ดาวถูกบีบให้รวมกัน ก็จะกลายเป็นอะตอมของธาตุใหม่ที่หนักขึ้น ในกรณีของดาวฤกษ์นั้นก็จะเริ่มต้นที่อะตอมของแก๊สไฮโดรเจนถูกบีบรวมกันเข้าเป็นอะตอมของฮีเลี่ยมซึ่งหนักขึ้น เนื่องจากมันหนักขึ้น การจะบีบฮีเลี่ยมเข้ารวมกันเป็นธาตุที่หนักขึ้นไปอีกก็ยิ่งยากขึ้น ในกรณีของดวงอาทิตย์ซึ่งถือเป็นดาวฤกษ์ขนาดย่อม ๆ จะไปได้แค่ระดับบีบฮีเลี่ยมให้กลายเป็นธาตุคาร์บอน แล้วจากนั้นก็จะมีมวลไม่มากพอที่แรงโน้มถ่วงของมันเองจะสุมอัดกันจนคาร์บอนรวมเข้ากันได้อีกต่อไป เมื่อถึงจุดนั้นกิจกรรมในไส้ของดวงอาทิตย์ก็จบลง เจ้าแกนคาร์บอนที่เหลือก็อัดกันแน่นรอจะเย็นลงและลาโรงไปอย่างสงบ...

 

แล้วถ้าอะไรที่ใหญ่กว่านั้นหละ?

ในกรณีของดาวฤกษ์ที่ใหญ่ขึ้นไปอีก แรงโน้มถ่วงที่สุมกันเข้าแกนกลางจะมากพอที่จะบีบคาร์บอนเข้าด้วยกันเป็นธาตุที่หนักขึ้นต่อไป และถ้ามันใหญ่พอ การรวมกันเข้าของอะตอมที่แกนก็จะเดินหน้าต่อไปเรื่อย ๆ จากคาร์บอนรวมกันเป็นนีออน จากนีออนรวมกันเป็นออกซิเจนแบบนี้เรื่อยไป ทุกลำดับที่อะตอมหนักขึ้น การรวมกันยิ่งยากขึ้น แต่เมื่อรวมกันเข้าจนได้ก็จะยิ่งคายพลังงานออกมามากขึ้นกว่าลำดับก่อนหน้า ดังนั้นเกมเย่อยันระหว่างแรงโน้มถ่วงที่บีบเข้ากับพลังงานที่ยันสู้ยิ่งเข้มข้น  

 

จนกระทั่งการรวมตัวของอะตอมในไส้ของดาวดำเนินมาถึงลำดับที่เกิดเป็นธาตุซิลิคอนขึ้นภายใน และมันเริ่มจะรวมกันเข้ากลายเป็นธาตุเหล็ก หายนะระดับ"นรกแตก"ก็เริ่มขึ้น เนื่องจากธาตุเหล็กที่เกิดขึ้นนี้ แทนที่จะปลดปล่อยพลังงานออกมาสร้างแรงดันในแกนดาวเหมือนเพื่อน ๆ ลำดับก่อนหน้า  มันกลับเล่นพิเรนทร์ดูดพลังงานกลับเข้าหาตัวมันเอง ยิ่งไปกว่านั้น เมื่อซิลิคอนเกิดขึ้นแล้ว มันจะรวมกันเป็นเหล็กอย่างรวดเร็ว เร็วขนาดที่ว่าซิลิคอนทั้งหมดในไส้ดาวมหึมาจะกลายเป็นเหล็กในเวลาเพียงเสี้ยววินาที!

 

เมื่อซิลิคอนทั้งหมดเปลี่ยนเป็นเหล็กในพริบตา มันก็พากันดูดพลังงานที่มีอยู่ในแกนกลางของดาวเข้าไว้จนหมดสิ้น แรงดันจากไส้กลางพลันยุติลง แรงโน้มถ่วงมหาศาลของดาวฤกษ์ยักษ์บัดนี้ไร้แรงต้าน ดาวทั้งดวงยุบฮวบลงจากขนาดมหึมา เหลือแค่ไม่กี่ร้อยกิโลเมตร กินเวลาแค่หนึ่งในพันวินาที!! พาให้ดาวทั้งดวงกระแทกเข้ากับแกนเหล็กที่ใจกลางอย่างรุนแรง เกิดคลื่นช็อคสะท้อนสวนกลับออกมา อีกทั้งความรุนแรงจากการยุบลงนั้นยังอัดแกนดาวให้เกิดพลังงานมหาศาลที่ไส้ใน  พลังงานเหล่านี้บวกกับคลื่นสะท้อนกลับ ระเบิดฉีกดาวทั้งดวงออกเป็นเสี่ยง ลาโรงไปอย่างกัมปะนาท ถือเป็นการระเบิดที่รุนแรงที่สุดที่เรารู้จักในเอกภพ

 

แต่ยังครับ...พระเอกเราไม่ได้เกิดด้วยเรื่องจิ๊บจ๊อยแบบนี้หรอก

 

ถ้าหากดาวฤกษ์ยักษ์ที่คำว่ามหึมายังไม่กล้าใช้นิยามขนาดของมัน อย่างพวกที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ซัก 20 เท่าขึ้นไปบ้างหละ? เมื่อแกนข้างในมันเริ่มกลายเป็นซิลิคอน จากซิลิคอนกลายวับเป็นเหล็กแล้วมันยุบลงแบบที่ว่าจะเกิดอะไรขึ้น.... สิ่งที่กำลังจะเกิดขึ้นถือว่าเป็นการทะลุขีดจำกัดของความเป็นไปในเอกภพ เพราะเมื่อปีศาจขนาดยักษ์เรียกลุงยุบตัวลง มันจะยุบลงแบบที่ไม่มีอะไรหน้าไหนในเอกภพนี้จะหยุดมันได้ ดาวยักษ์ทั้งดวงจะยุบฮวบลงจนกลายเป็นจุด พาทุกอย่างที่ขวางทางในไส้ดาว ไม่ว่าจะเป็นคลื่นสะท้อนกลับ หรือพลังงานมหาศาลที่เคยระเบิดดาวที่ย่อมกว่านี้ ยุบหายไปสิ้นกับมัน ภาวะแห่งความวิปลาสเกิดขึ้นแล้วจากการยุบตัวลงนี้!!

 

ย้อนกลับไปครั้งที่มันยังเป็นดาวฤกษ์ปีศาจขนาดยักษ์ ตัวมันเองก็มีแรงโน้มถ่วงมหาศาลอยู่แล้ว ซึ่งธรรมชาติของแรงโน้มถ่วงนั้น ยิ่งเข้าใกล้ก็จะยิ่งแรงขึ้น และอ่อนแรงลงเมื่อห่างออกมา ในกรณีปกตินั้นเราเข้าใกล้มันได้มากที่สุดก็แค่เข้าไปติดพื้นผิวของมันเท่านั้น (เลยผิวเข้าไปก็กลายเป็นว่าเราเข้าอยู่ข้างในเนื้อมันเสียแล้ว แรงโน้มถ่วงที่เกิดจากเนื้อดาวข้างหลังเราก็เริ่มหักล้างกับเนื้อที่อยู่ด้านหน้า) แต่เมื่อมันยุบลง เนื้อมวลไม่ได้หายไปไหนเพียงแค่มันอัดกันเข้าแน่นขึ้น นั่นหมายถึงว่าเราสามารถเข้าใกล้มันได้ยิ่งขึ้น ยิ่งขึ้น โดยยังไม่ถึงผิวของมันเสียที แรงโน้มถ่วงก็ยิ่งเพิ่มขึ้น ยิ่งแรงโน้มถ่วงเพิ่มขึ้น การจะหนีกลับออกมาได้ยิ่งต้องใช้ความเร็วมากขึ้น แบบเดียวกับที่จรวดจะออกจากโลกได้ต้องมีความเร็วมากพอ ไม่เช่นนั้นก็จะตกกลับลงไปใหม่ เราเรียกความเร็วนี้ว่า"ความเร็วหลุดพ้น" หรือ escape velocity ยิ่งใกล้ แรงโน้มถ่วงยิ่งทวีความรุนแรง ความเร็วหลุดพ้นยิ่งต้องมากขึ้น ซึ่งในกรณีการยุบตัวอันวิปลาสนี้ เมื่อเข้าไปใกล้ถึงระยะหนึ่งซึ่งเป็นระยะวิกฤต ความเร็วหลุดพ้นจากระยะนั้นกลับออกมาจำเป็นต้องไปให้ได้เร็วกว่าความเร็วแสง... และอย่างที่รู้กันว่าไม่มีอะไรไปได้เร็วกว่าแสง จึงถือเป็นจุดกู่ไม่กลับ ไม่มีอะไรเข้ามาใกล้ขนาดนี้แล้วจะหนีกลับออกไปได้อีกต่อไป เลยจุดนี้เข้าไปก็ถือว่าตีตั๋วเที่ยวเดียว บอกลาสิ่งต่างๆได้เลย ที่บอกว่าทุกสิ่งที่ว่านั้น หมายรวมไปถึงแสงเองด้วย และด้วยที่แม้แต่แสงก็ไม่สามารถหนีออกมาได้ จึงเป็นที่มาของชื่อว่า "หลุม(ไม่มีอะไรกลับออกมาได้)ดำ(แม้แต่แสง)"

 

หรือถ้าอธิบายให้ฟังดูอู้หูแฟนซีหน่อย(อยากให้ลองหาอ่านเรื่องคลื่นความโน้มถ่วงกันก่อนครับ ลองดู มีที่อธิบายให้เข้าใจได้ง่ายๆเยอะเลยหละ) เขาอธิบายว่า ด้วยอิทธิพลความโน้มถ่วงที่สูงอย่างเหลือเชื่อของหลุมดำนั้น บิดให้กาล-อวกาศ หรือที่ฝรั่งเรียก space-time รอบ ๆ มันบิดโค้ง มากเสียจนทุกทิศล้วนม้วนชี้กลับ"เข้าหา"มันทั้งสิ้น ทำให้เมื่ออะไรที่เข้าไปในเขตที่กาล-อวกาศโค้งขนาดนั้นหมดทางกลับออกมาได้อีก เพราะคำว่าออกไปไม่มีอีกต่อไปแล้ว

 

ก่อนหน้านี้หลุมดำเป็นเพียงแค่ของในทฤษฎีเท่านั้นครับ ที่เราเชื่อว่ามีก็เพราะความเป็นไปได้ในสมการคณิตศาสตร์ จนกระทั่งเราพบมันเข้าด้วยวิธีการอ้อมๆ(อย่างที่บอกว่ามันมืดดำ) เช่นเราตรวจพบการเคลื่อนที่เร็วผิดปกติของดาวฤกษ์ไปรอบจุดศูนย์กลางที่มองไม่เห็น ซึ่งสิ่งที่ทรงพลังขนาดนั้นจากการคำนวณแล้วเป็นอะไรไปไม่ได้นอกจากหลุมดำ จนถึงทุกวันนี้เราก็มีข้อยืนยันแล้วว่าหลุมดำมีอยู่จริง ยิ่งไปกว่านั้นเราก็มีหลักฐานว่า ที่ใจกลางแกแลกซี่ทั้งหลาย ล้วนมีหลุมดำขนาดยักษ์ดึงให้สรรพสิ่งทั้งหลายเคลื่อนวนไปรอบมัน ...รวมถึงที่ใจกลางแกแลคซี่ทางช้างเผือกของเราเองด้วย...

 

แบบนี้เองครับที่เมื่อสิ่งที่ทรงพลังเช่นนี้คู่หนึ่ง เกิดควงไปรอบกันเร็วจัดก่อนจะสะด๊วบเข้าด้วยกันเป็นก้อนเดียว ถึงส่งให้"กาล-อวกาศ"กระเพื่อมแรงและแผ่คลื่นกระเพื่อมมาไกลถึงโลกเราแบบในข่าวข้างต้น

 

และเช่นเคยครับ...ช่างถาม ช่างสงสัย แล้วรู้ไปด้วยกันนะครับ

 

Terms of Service © 2018 MCOT.net All rights reserved