ไอน์สไตน์กับบททดสอบ

Sgr A* (ออกเสียงว่า Sadge A-star) หากทฤษฎีถูกต้อง จะมีขอบฟ้าเหตุการณ์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 24 ล้านกิโลเมตร ซึ่งเล็กพอที่จะใส่เข้าไปในวงโคจรของดวงอาทิตย์ของดาวพุธได้ ห่างออกไป 26,000 ปีแสง จุดหลุมดำบนท้องฟ้ามีความกว้างประมาณ 20 microarcseconds ประมาณ 1 ส่วนใน 10 พันล้านวงกลม หรือขนาดที่เห็นได้ชัดเมื่อมองจากพื้นโลกของลูกกอล์ฟตัวใดตัวหนึ่งที่ Alan Shepard ตีและจากไป บนดวงจันทร์ในปี พ.ศ. 2514 และวงโคจรที่เป็นวงกลมที่อยู่ด้านในสุดที่เสถียรที่สุดรอบๆ หลุมดำ ขอบจานสะสมมวลที่เรืองแสงวาววับจะกว้างขึ้นประมาณสามเท่า

กำลังโฟกัสของกล้องโทรทรรศน์: ประมาณ 20 microarcseconds 

นั่นอาจดูหยาบไปหน่อยที่จะอธิบายรายละเอียดได้มาก แต่นักออกแบบของกล้องโทรทรรศน์กำลังหยุดพักจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป แสงจะไม่ออกมาจากจานสะสมของ Sgr A* โดยตรง แต่จะโค้งงอเมื่อแรงโน้มถ่วงทรงพลังบิดเบือนเวลาและพื้นที่ ดังนั้นในขณะที่จุดสีดำ “เงา” ที่อาร์เรย์กล้องโทรทรรศน์จะเห็น นั้นมีอยู่จริงเพียงพอ นักดาราศาสตร์ไม่คาดหวังมากนักว่าแสงจากบริเวณใกล้ๆ นั้นจะไปถึงโลกในแนวเส้นตรง ส่วนใหญ่ที่มาที่นี่จะเกิดขึ้นหลังหลุมดำ เหวี่ยงไปรอบๆ แล้วโค้งเข้าหาโลก ผลที่ได้คือเลนส์โน้มถ่วง ภาพลวงตาจะทำให้ภาพเงาของหลุมดำดูใหญ่เป็นสองเท่าของความเป็นจริง

ผลตอบแทนเฉพาะอย่างหนึ่งของการเห็นดิสก์เพิ่มกำลังของ Sgr A* ควรเป็นการวัดการหมุนของหลุมดำที่แม่นยำยิ่งขึ้น ซึ่งอาจมีผลกระทบเชิงสัมพันธ์อย่างลึกซึ้งต่อเรขาคณิตของอวกาศและการไหลของเวลาในพื้นที่ใกล้เคียง นักดาราศาสตร์ทราบดีว่าแสงและการแผ่รังสีอื่นๆ จาก Sgr A* สามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งบ่งชี้ถึงการปะทุและการลุกเป็นไฟของพลังงาน สันนิษฐานว่าสสารจะเคลื่อนตัวไปถึงด้านในของจานเพิ่มมวล การหมุนของหลุมดำโดยการบิดพื้นที่ใกล้เคียงในกระบวนการที่เรียกว่าการลากเฟรม จะทำให้สสารอยู่ในวงโคจรคงที่ได้ใกล้เคียงกัน เมื่อเปิดเผยวงโคจรเหล่านั้น กล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์สามารถบอกได้ว่าการหมุนของหลุมดำหรือโมเมนตัมเชิงมุมคืออะไร ด้วยการหมุนเป็นศูนย์

หลุมดำอื่นๆ จำนวนมากอยู่ใกล้กว่า Sgr A* 

แต่ทั้งหมดนี้เป็นเศษซากของดาวฤกษ์ที่ยุบตัว ดวงดาวแต่ละดวง และมีขนาดเล็กเกินไป บางทีอาจยาวถึง 30 กิโลเมตร แม้แต่กล้องโทรทรรศน์ใหม่ก็ยังมองเห็น อย่างไรก็ตาม ไกลเกินกว่าทางช้างเผือก หลุมดำขนาดมหึมาดูเหมือนสุกงอมสำหรับการตรวจสอบ มันอยู่ในใจกลางของดาราจักร M87 ซึ่งเป็นกลุ่มดาวที่อยู่ห่างออกไป 50 ล้านปีแสง ซึ่งไกลกว่า Sgr A* ประมาณ 2,000 เท่า แกนกลางของ M87 ปล่อยลำแสงอันทรงพลังของสสารและการแผ่รังสี ซึ่งเป็นเจ็ตที่ยืดออกไปหลายพันปีแสง สามารถมองเห็นได้ในทิศทางเดียว เหมือนกับจรวดที่ดูเหมือนจะผลักหลุมดำทั้งหมดออกจากจุดศูนย์กลางมรณะไปเล็กน้อย ปรากฏการณ์นี้ทำให้เป็นห้องทดลองตามธรรมชาติสำหรับศึกษาฟิสิกส์ของหลุมดำทั้งหมด

นักดาราศาสตร์ในทศวรรษ 1990 คำนวณจากความเร็วของเมฆก๊าซใกล้กับแกนกลางของ M87 ซึ่งมีมวลประมาณ 3 พันล้านดวงอาทิตย์ 750 เท่าของ Sgr A* นั่นก็เพียงพอแล้วที่จะทำให้มันเป็นหนึ่งในหลุมดำขนาดใหญ่ที่สุดที่รู้จัก เมื่อปีที่แล้ว Karl Gebhardt จากมหาวิทยาลัยเท็กซัสในออสตินและเพื่อนร่วมงานชาวเยอรมันได้พิจารณาถึงผลกระทบของสสารมืดที่มองไม่เห็นรอบๆ ดาราจักร ทีมรายงานในเดือนมิถุนายน 2552 ที่เมืองพาซาดีนาในการประชุมของสมาคมดาราศาสตร์อเมริกันว่ามวลของแกนกลางของ M87 มีแนวโน้มที่จะเป็นดวงอาทิตย์มากถึง 6.4 พันล้านดวง มากกว่า 1,000 เท่าของ Sgr A*

เส้นผ่านศูนย์กลางขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำที่อยู่ตรงกลางของ M87 ก็จะมีขนาดใหญ่ขึ้นตามลำดับเช่นกัน — บางทีอาจเป็นสองเท่าของระยะทางที่ไกลที่สุดของดาวพลูโตจากดวงอาทิตย์ นอตของวัสดุที่โคจรรอบ Sgr A* มักจะวนเป็นวงกลมทุกๆ ชั่วโมงหรือน้อยกว่า ในทางตรงกันข้าม การเปลี่ยนแปลงที่มองเห็นได้รอบๆ หลุมดำขนาดยักษ์ของ M87 อาจต้องใช้เวลาหลายวันถึงหลายสัปดาห์กว่าจะปรากฎ ซึ่งช่วยให้ศึกษารายละเอียดได้อย่างสะดวกสบายมากขึ้น

ไอน์สไตน์กับบททดสอบ

นักวิทยาศาสตร์บางคนกำลังตกปลาอยู่เพื่อเวลากับเครื่องมือใหม่นี้ ในหมู่พวกเขามีนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ Dimitrios Psaltis และนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Tim Johannsen ทั้งคู่จากมหาวิทยาลัยแอริโซนาในทูซอน พวกเขาต้องการดูโฟตอนซึ่งเป็นอนุภาคของแสงที่โคจรรอบหลุมดำแล้วพ่นออกไปในอวกาศในที่สุด กระจัดกระจายวัสดุที่ตกลงสู่ขอบฟ้าเหตุการณ์ รูปร่างที่แน่นอนของวงแหวนแสงที่สร้างขึ้นรอบ ๆ เงาของหลุมดำควรตรวจสอบหนึ่งในความหมายที่แปลกประหลาดกว่าของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ นั่นคือ ทฤษฎีบทไม่มีขน และรูปลักษณ์ของแหวนอาจบอกวิทยาศาสตร์ว่าไอน์สไตน์ทำถูกต้องอีกครั้งหรือไม่

ทฤษฎีบทไม่มีขนระบุว่าหลุมดำสามารถอธิบายได้อย่างสมบูรณ์ในเอกภพภายนอก ไม่ว่าจะมีอะไรเข้าไปในนั้น โดยมวลและโมเมนตัมเชิงมุมที่สะสม หรือสปิน ของทั้งหมดที่มันดูดกลืนเข้าไป (ในทางเทคนิคแล้ว อาจมีประจุไฟฟ้าอยู่ด้วย แต่นักฟิสิกส์มองไม่เห็นทางที่หลุมดำขนาดใหญ่จะสะสมประจุสุทธิที่สำคัญจากก๊าซและฝุ่นของดาราจักร) “ไม่มีขน” มีความหมายอื่นใด ไม่ว่าจะเป็นวัสดุหรือสนามแรงที่อยู่เหนือเหตุการณ์ ขอบฟ้า และการหมุนและมวลบ่งบอกถึงการบิดเบี้ยวเฉพาะของพื้นที่และเวลา โดยจะกำหนดว่ารัศมีของวงแหวนแสงรอบหลุมดำควรเป็นอย่างไร และลักษณะของวงแหวนจะบิดเบี้ยวไปยังมุมมองภายนอกอย่างไร

หากวงแหวนมีลักษณะตรงตามที่ทฤษฎีของไอน์สไตน์บอกไว้ — เกือบจะเป็นวงกลมอย่างสมบูรณ์เมื่อแก้ไขการบิดเบี้ยวของมิติใกล้หลุมดำ และได้รับอิทธิพลจากมวลและการหมุนของหลุมดำเท่านั้น — ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปจะยังคงดำเนินต่อไป แห่งชัยชนะ ถ้าไม่อย่างนั้น Psaltis กล่าว “เราจะมีเรื่องที่น่าตื่นเต้นให้คิด”

เมื่อถูกถามว่าเขาต้องการหักล้างไอน์สไตน์จริง ๆ หรือไม่ เขาหยุดชั่วคราว “ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปผ่านการทดสอบทั้งหมดก่อนหน้านี้ด้วยสีที่บินได้ แต่เฉพาะในทุ่งที่อ่อนแอเช่นใกล้ดวงอาทิตย์ ในระดับหนึ่ง ทุกคนเชื่อว่าไอน์สไตน์ต้องไม่ถูกต้อง ทฤษฎีของเขากล่าวว่าภายในหลุมดำนั้น ทุกสิ่งทุกอย่างพัง

แนะนำ : เคล็ดลับต่างๆ | เว็บรวมวิธีต่างๆ How to | จัดอันดับซีรีย์ | รีวิวครีม