คณะวิทยาศาสตร์ สื่อสารความรู้สู่สังคม จัดเสวนาพิเศษ Nobel Prize in Science Café Vol.1
ตอน ปริศนาหลุมดำและใจกลางทางช้างเผือก

ในความเวิ้งว้างอันไกลโพ้นของเอกภพที่กว้างใหญ่ “หลุมดำ” อสูรกายอันดำมืดที่กลืนกินทุกสิ่งเข้าไปแม้กระทั่งแสง เป็นผลของการทำนายโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (General Relativity) ของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) ซึ่งเป็นรากฐานสำหรับการทำความเข้าใจจักรวาล บอกถึงความสัมพันธ์ของอวกาศและเวลา เพื่อทำความเข้าใจแรงโน้มถ่วงซึ่งส่งผลต่อมนุษย์ที่อยู่บนโลก การโคจร ก่อเกิด และดับสูญของดวงดาวและกาแล็กซี่ รวมถึงเวลาและโครงสร้างของเอกภพ

เมื่อวันที่ 6 ตุลาคม พ.ศ. 2563 ที่ผ่านมา คณะกรรมการพิจารณารางวัลโนเบล สถาบัน Swedish Academy ได้ประกาศรายชื่อผู้ได้รับรางวัลโนเบล สาขาฟิสิกส์ ปี 2020 โดยผู้ที่ได้รับรางวัลได้แก่ ศาสตราจารย์โรเจอร์ เพนโรส นักฟิสิกส์คณิตศาสตร์ชื่อดังชาวอังกฤษ ผู้พิสูจน์ถึงการมีอยู่และก่อตัวขึ้นของหลุมดำในธรรมชาติว่าเป็นสิ่งที่สอดคล้องกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ รวมถึง ศาสตราจารย์ไรน์ฮาร์ด แกนเซล ชาวเยอรมนี และ ศาสตราจารย์แอนเดรีย เกซ ชาวอเมริกัน ผู้ค้นพบหลุมดำมวลยิ่งยวดใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือก

เพื่อเป็นการถ่ายทอดความรู้สู่สังคม และอธิบายผลงานของนักวิทยาศาสตร์ทั้ง 3 ท่าน ที่สร้างผลกระทบเป็นวงกว้างต่อวงการวิทยาศาสตร์ รวมถึงสร้างแรงบันดาลใจและความตระหนักต่อบทบาทและความสำคัญของวิทยาศาสตร์ ให้กับนักเรียน นักศึกษา และผู้ที่สนใจ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล จึงเชิญ ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.พิเชษฐ กิจธารา และ อาจารย์ ดร.เพชระ ภัทรกิจวานิช 2 อาจารย์ประจำภาควิชาฟิสิกส์ ร่วมพูดคุยเกี่ยวกับการศึกษาซึ่งเป็นรากฐานสำหรับการทำความเข้าใจจักรวาล และการค้นพบสิ่งที่ซ่อนอยู่ ณ ใจกลางกาแล็กซี่ทางช้างเผือก ที่เปรียบเสมือนการเปิดประตูสู่การทำความเข้าใจเอกภพที่กว้างไกลได้อย่างลึกซึ้งยิ่งขึ้น และความเชื่อมโยงของหลุมดำมวลยิ่งยวดกับการเกิดขึ้นของกาแล็กซี่ใน “งานเสวนาพิเศษ Nobel Prize in Science Café Vol.1 ตอน ปริศนาหลุมดำและใจกลางทางช้างเผือก” โดยมี รองศาสตราจารย์ ดร.พลังพล คงเสรี คณบดีคณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล เป็นผู้ดำเนินรายการ ในวันพฤหัสบดีที่ 8 ตุลาคม พ.ศ. 2563 เวลา 11:00 น. – 12:00 น. ณ ห้องประชุม K102 คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล พญาไท

สำหรับการศึกษาเพื่อพิสูจน์ถึงการมีอยู่และก่อตัวขึ้นของหลุมดำที่เดิมเชื่อว่าจะเกิดขึ้นได้ในภาวะอุดมคติที่ดาวฤกษ์มีรูปทรงกลมเกลี้ยงและสมมาตร และแม้แต่ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ เจ้าของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ซึ่งเป็นพื้นฐานของการศึกษาเอกภพก็ยังไม่ปักใจเชื่อถึงการมีอยู่ ศาสตราจารย์โรเจอร์ เพนโรส นักฟิสิกส์คณิตศาสตร์ชื่อดังชาวอังกฤษ จากมหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด ได้แก้ปัญหาของทฤษฎีด้วยแนวคิดทางคณิตศาสตร์ใหม่ ๆ ก่อนเสนอบทพิสูจน์ว่าการมีอยู่และก่อตัวขึ้นของหลุมดำนั้นเป็นไปตามผลของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป และสามารถเกิดขึ้นได้แม้จะเป็นการยุบตัวแบบไม่สมมาตรก็ตาม ในเดือนมกราคมปี 1965 หลังจากไอน์สไตน์เสียชีวิตไปแล้วกว่า 10 ปี

การก่อตัวขึ้นของหลุมดำนั้นเกิดจากดาวฤกษ์ที่มีมวลมากกว่า 40 เท่าของดวงอาทิตย์หมดอายุขัย พื้นผิวดาวไม่สามารถต้านทานความโน้มถ่วงจากมวลของตนเองได้อีกต่อไป จึงยุบตัวลงสู่ใจกลางดวงดาวอย่างรวดเร็วและเกิดการระเบิด ‘ซูเปอร์โนวา’ (Supernova) แล้วก่อตัวเป็น “หลุมดำ” วัตถุที่มีพื้นผิวที่บังคับให้แสงต้องพุ่งตรงเข้าสู่จุดศูนย์กลางได้เพียงทิศทางเดียวด้วยแรงโน้มถ่วงอันทรงพลัง และหากสิ่งใดเดินทางเข้าสู่ “Trapped Surface” หรือ ขอบฟ้าเหตุการณ์ (Event Horizon) ของหลุมดำซึ่งมีแรงดึงดูดมหาศาลแล้ว แม้กระทั่งแสงก็จะไม่สามารถเล็ดรอดกลับออกมาได้อีก ทำได้เพียงดำดิ่งลงสูงภาวะเอกฐาน (Singularity) ที่ที่เวลาและอวกาศสิ้นสุดลง และมีความหนาแน่นไม่มีที่สิ้นสุด ซึ่งยังคงเป็นปริศนาอันดำมืดของจักรวาลเท่านั้น

ด้านการค้นพบหลุมดำมวลยิ่งยวดใจกลางกาแล็กซี่ทางช้างเผือก โดย ศาสตราจารย์ไรน์ฮาร์ด แกนเซล ชาวเยอรมนี จากสถาบันมักซ์ พลังก์ เพื่อการวิจัยฟิสิกส์นอกโลก (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics) และ ศาสตราจารย์แอนเดรีย เกซ ชาวอเมริกัน จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย วิทยาเขตลอสแอนเจลิส (UCLA) นั้น ทั้งสองได้ทำการสังเกตใจกลางกาแล็กซี่ทางช้างเผือก ซึ่งถูกเรียกว่า Sagittarius A บนฟากฟ้าทางทิศของกลุ่มดาวราศีธนู (Sagittarius) ด้วยกล้องโทรทัศน์ที่ย่านรังสีอินฟราเรด โดยทีมของ ศาสตราจารย์เรนฮาร์ด นั้นใช้กล้องโทรทรรศน์ที่ประกอบด้วยกระจกเส้นศูนย์ผ่านกลางยาวกว่า 8 เมตร ของหอสังเกตการณ์ Very Large Telescope (VLT) ตั้งอยู่ในประเทศชิลี ส่วนศาสตราจารย์แอนเดรีย สังเกตผ่านกล้องโทรทรรศน์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางถึง 10 เมตร จากหอสังเกตการณ์เค็ก (Keck Observatory) ในรัฐฮาวาย ซึ่งทั้ง 2 ทีม ได้ติดตามดาวฤกษ์ที่สว่างที่สุด 30 ดวงในบริเวณนั้น และพบว่าในรอบ 1 เดือน ดวงดาวเหล่านี้เคลื่อนที่อย่างรวดเร็วและมีลักษณะการโคจรที่วุ่นวายเหมือนฝูงผึ้ง แต่ดวงดาวที่อยู่นอกบริเวณนั้นจะโคจรเป็นวงรีอย่างเป็นระเบียบมากกว่า ที่น่าสนใจคือหนึ่งในกลุ่มดาวฤกษ์ที่ชื่อว่า S-O2 นั้นโคจรรอบใจกลางดาราจักรในเวลาไม่ถึง 16 ปี ขณะที่ดวงอาทิตย์ใช้เวลามากกว่า 200 ล้านปี และเมื่อนำข้อมูลวิถีวงโคจรของ S-O2 มาคำนวณ พบว่าสิ่งเดียวที่จะทำให้เกิดเหตุการณ์นี้ได้ คือการมีอยู่ของวัตถุอัดแน่นมวลยิ่งยวด มากกว่าดวงอาทิตย์ 4 ล้านเท่า และกินพื้นที่เท่ากับระบบสุริยะของเรา

งานวิจัยทั้ง 2 จึงถือได้ว่าเป็นเบาะแสสำคัญ ในการศึกษาวิจัยทฤษฎีใหม่ ๆ ในเชิงลึก และความเชื่อมโยงของการเกิดกาแล็กซี่และเอกภพ เพื่อไขปริศนาความลับและเรื่องน่าประหลาดใจมากมายในจักรวาลอันกว้างใหญ่ที่รอให้มนุษยชาติค้นพบอยู่นั่นเอง

ตรวจสอบโดย : นางสาวปนิดา พยุหกฤษ
เขียนข่าว: นางสาวปัณณพร แซ่แพ
ภาพกิจกรรม: นายนภาศักดิ์ ผลพานิช
เว็บมาสเตอร์: นางอริศรา รักษ์ดำรงธรรม