คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล ถ่ายทอดความรู้สู่ประชาคม จัดเสวนาพิเศษ Science Café: ภาพ “หลุมดำ” ภาพแรกของมวลมนุษย์ชาติ

หลุมดำ เป็น วัตถุท้องฟ้าที่มีมวลและแรงโน้มถ่วงสูงมาก เกิดจากการยุบตัวของดาวฤกษ์ที่มีความโน้มถ่วงมหาศาล เนื่องจากพื้นผิวดาวไม่สามารถต้านทานความโน้มถ่วงจากมวลของตนเองได้จึงพังทลายลงไป แล้วดูดกลืนทุกสิ่งที่อยู่ใกล้ แม้กระทั่งแสงก็ไม่สามารถเล็ดรอดออกมาได้ ที่ผ่านมานักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ศึกษาหลุมดำทางอ้อมจากคลื่นความโน้มถ่วงของ LIGO ซึ่งตรวจจับได้จากการชนกันของหลุมดำ หรือการสูญเสียพลังงานของพัลซาร์ที่โคจรรอบหลุมดำ จนกระทั่งเมื่อ 10 เมษายน พ.ศ. 2562 ที่ผ่านมา โครงการ Event Horizon Telescope (EHT) ได้เปิดเผยภาพถ่ายหลุมดำภาพแรกของโลก ถือเป็นการถ่ายภาพหลุมดำโดยตรง และเป็นการเปิดประตูสู่การทำความเข้าใจหลุมดำที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้น สร้างความตื่นเต้นให้กับนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ไปทั่วโลก

คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล จึงได้เชิญนักวิทยาศาสตร์รางวัล Breakthrough Prize 2020 Dr.Kazuhiro Hada จากทีม EHT Collaboration และ Dr.Koichiro Sugiyama จากสถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์กรมหาชน) หรือ NARIT เป็นวิทยากรพูดคุยและถ่ายทอดความรู้สู่ประชาคมเกี่ยวกับความสำเร็จอันน่าตื่นเต้นของมนุษยชาติ ในงานเสวนาพิเศษ Science Café: ภาพ “หลุมดำ” ภาพแรกของมวลมนุษย์ชาติ โดยมี ผศ. ดร.พิเชษฐ กิจธารา อาจารย์ประจำภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล เป็นผู้ดำเนินรายการในวันพุธที่ 5 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2563 เวลา 14:00 น. – 16:00 น. ณ ห้องประชุมอาคารสตางค์ มงคลสุข คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล พญาไท

Dr.Kazuhiro Hada ได้เล่าเกี่ยวกับเบื้องหลังการทำงานของทีม Event Horizon Telescope หรือ EHT ว่าเป็นความร่วมมือระดับนานาชาติจากหลายสิบประเทศ ประกอบด้วยกล้องโทรทรรศน์วิทยุตั้งต้น 8 กล้อง กระจายอยู่ทั่วโลก อาทิ ฮาวาย กรีนแลนด์ แอนตาร์กติกา ชิลี สหรัฐอเมริกา สเปน แต่ละกล้องบันทึกสัญญาณและนำมารวมกัน ทำให้เสมือนกับว่ามีกล้องขนาดใหญ่เท่าเส้นผ่าศูนย์กลางของโลก เพื่อก้าวข้ามข้อจำกัดในเรื่องความสามารถของเลนส์กล้องในการแยกแยะรายละเอียดของภาพออกจากกันได้

ในกระบวนการถ่ายภาพหลุมดำนั้น กล้องทั้ง 8 ตัว ถูกชี้ไปที่ตำแหน่งของกาแลกซี่ M87 ซึ่งอยู่ห่างออกไป 55 ล้านปีแสง ณ ใจกลางกาแลกซี่เป็นที่อยู่ของหลุมดำมวลยิ่งยวด (supermassive black hole) ที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ถึง 6.5 พันล้านเท่า โดยทำการบันทึกสัญญาณพร้อมๆ กันทุกวัน เป็นระยะเวลาประมาณ 1 เดือน ที่ย่านความถี่ 220 GHz ด้วยเทคนิคการแทรกสอดระยะไกล (Very Long Baseline Interferometer: VLBI) ซึ่งให้ประสิทธิภาพความละเอียดเพียงพอเสมือนอ่านหนังสือพิมพ์ในนิวยอร์คจากร้านกาแฟในปารีส ที่มีระยะห่างกว่า 6,000 กิโลเมตร หลังจากนั้นจึงนำสัญญาณจากทุกกล้องส่งให้ทีม Machine Learning ของโครงการที่ MIT และสถาบันมักซ์พลังค์ ประเทศเยอรมนี เพื่อประมวลภาพถ่ายด้วยอัลกอริทึม CHIRP (Continuous High-resolution Image Reconstruction using Patch priors) ซึ่งใช้เวลาวิเคราะห์ข้อมูลประมาณ 1 ปี

การถ่ายภาพหลุมดำได้สำเร็จนั้นเป็นการยืนยันความถูกต้องของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ ในบริเวณความโน้มถ่วงสูงมาก และยังเป็นครั้งแรกที่ยืนยันถึงการมีอยู่ของวงแหวนโฟตอน ซึ่งเป็นอนุภาคแสงที่โคจรรอบหลุมดำ และเงามืดของหลุมดำ ซึ่งเป็นบริเวณที่แสงไม่สามารถหลุดออกมาได้อีกด้วย ส่วนการศึกษาหลุมดำในอนาคตจะอัพเกรดกล้องให้สามารถถ่ายภาพที่มีความละเอียดสูงขึ้น โดยการเพิ่มความถี่จาก 220 GHz เป็น 350 GHz เพื่อให้ได้ภาพที่มีความละเอียดมากพอสำหรับศึกษาหลุมดำที่ใจกลางกาแลกซี่ทางช้างเผือก และทำความเข้าใจสนามแม่เหล็กรอบๆ หลุมดำ และการเกิดอนุภาคพลังงานสูงที่พุ่งยาวออกมาจากหลุมดำ (jet) ด้วย

ด้าน Dr.Koichiro Sugiyama จากสถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์กรมหาชน) หรือ NARIT ได้กล่าวเพิ่มเติมถึง Thailand National Radio Telescope กล้องโทรทรรศน์วิทยุของประเทศไทย ณ ศูนย์ศึกษาการพัฒนาห้วยฮ่องไคร้อันเนื่องมาจากพระราชดำริ จังหวัดเชียงใหม่ ที่จะก่อสร้างแล้วเสร็จและทดสอบภายในปลายปี พ.ศ. 2563 นี้ และโอกาสในการเข้าร่วมเครือข่ายกล้องอื่นๆ ระดับโลกว่า กล้องโทรทรรศน์วิทยุนี้มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางจาน 40 เมตร และทำงานที่ย่านความถี่ต่ำกว่า คือ 1 - 100 GHz จึงเหมาะกับการร่วมเครือข่าย VLBI กับชาติเอเชียอื่นๆ ในการศึกษากาแลกซี่และกลุ่มแก๊สต่างๆ ซึ่งกล้องนี้มีความสำคัญอย่างมากในระดับเอเชีย เพราะอยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสม เมื่อร่วมมือกับชาติอื่นๆ เช่น จีน เกาหลี ญี่ปุ่น ไต้หวัน จะทำให้ภาพที่ได้มีความคมชัดขึ้นอย่างมาก

ทั้งนี้กล้องที่มีอยู่ในประเทศไทยยังไม่สามารถทำงานที่ความถี่สูงกว่านี้ได้ เพราะเมืองไทยมีความชื้นสูง ไอน้ำในอากาศจะดูดกลืนพลังงานของคลื่นความถี่สูงกว่านี้แทบทั้งหมด อย่างไรก็ตาม “คณะนักวิจัยมีแผนจะร่วมมือกับอินเดียและจีนในการสร้างกล้องย่านความถี่ 350 GHz เร็วๆ นี้” Dr.Koichiro กล่าวทิ้งท้าย

ตรวจสอบโดย: รองศาสตราจารย์ ดร.ฤทัยวรรณ โต๊ะทอง และนางสาวปนิดา พยุหกฤษ
ภาพกิจกรรม: นายมานะ ไผ่มณี
เขียนข่าว: นางสาวปัณณพร แซ่แพ
เว็บมาสเตอร์: นางอริศรา รักษ์ดำรงธรรม