รูดําจะถูกตรวจพบอย่างไร 1 สิงหาคม 2019
หนึ่งในแนวคิดที่กล่าวถึงกันมากที่สุดในชุมชนฟิสิกส์ดาราศาสตร์คือหลุมดํา หลุมดําคือปริมาตรของพื้นที่ที่มีแรงโน้มถ่วงมากจนอนุภาคที่เคลื่อนที่อย่างรวดเร็วหรือแสงไม่สามารถรั่วไหลออกได้
เนื่องจากหลุมดําไม่ปล่อยแสงที่มองเห็นได้ นักดาราศาสตร์จึงไม่สามารถสังเกตภาพที่ชัดเจนของหลุมดําได้ ดังนั้นการตรวจจับหลุมดําจึงเป็นไปไม่ได้มานานแล้ว แต่ด้วยความก้าวหน้าในเทคโนโลยีสุญญากาศ จึงไม่ใช่เช่นนั้นอีกต่อไป
การค้นพบหลุมดําด้วยเครื่องตรวจจับคลื่นแรงโน้มถ่วง
เมื่อวันที่ 10 เมษายน 2019 นักดาราศาสตร์สามารถได้ภาพแรกของหลุมดําโดยใช้กล้องส่องโทรทัศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์ (Event Horizon Telescope - EHT) ด้วยความร่วมมือระหว่างประเทศ EHT จึงเป็นการจัดเรียงในระดับดาวเคราะห์ของกล้องส่องวิทยุแปดตัวที่บันทึกรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าและรวมแหล่งข้อมูลวิทยุหลายแหล่งโดยใช้การแทรกแซงเส้นฐานที่ยาวมาก (VLBI)
ด้วย EHT จึงได้แสดงหลักฐานการมองเห็นครั้งแรกของรูดําขนาดใหญ่มาก รวมถึงเงาของรูดําดังกล่าว หลุมดํานี้พบบนกาแล็กซี Messier 87 และอยู่ห่างจากโลก 55 ล้านปีแสง
การค้นพบนี้ส่งผลให้เกิดการยืนยันที่สําคัญต่อทฤษฎีความสัมพันธ์ทั่วไปของ Einstein นี่เป็นจุดเริ่มต้นของแนวคิดของหลุมดํา ซึ่งถูกอธิบายว่าเป็น "มวลที่มีความเข้มข้นสูงที่มีผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงที่ซึมซับสารและดักจับแสงได้
เครื่องตรวจจับคลื่นแรงโน้มถ่วงยังมีบทบาทสําคัญในการตรวจจับรูดําอีกด้วย ในเดือนธันวาคม 2018 The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) และ The Virgo interferometer ได้ประกาศการผสานรูดําและคลื่นแรงโน้มถ่วงใหม่สี่แบบที่สร้างขึ้นจากการผสานรูดําไบนารีมวลดาว 10 แบบและการผสานรวมของดาวนิวตรอน
รูดําและความผันผวนของสุญญากาศ
ผลกระทบที่สําคัญของการค้นพบหลุมดําเมื่อเร็วๆ นี้คือข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับทฤษฎีการแผ่รังสีของ Hawking สิ่งนี้คาดการณ์ว่าหลุมดําอาจสร้างและปล่อยอนุภาคย่อยอะตอมจนกว่าอนุภาคเหล่านั้นจะหมดพลังงานและระเหยในที่สุด
จากมุมมองควอนตัม การมีอยู่ของรูดําบ่งชี้ว่าสุญญากาศของพื้นที่ไม่ได้ว่างเปล่าจนหมด ความผันผวนของควอนตัม (หรือที่เรียกว่าความผันผวนของสภาวะสุญญากาศ) คือการปรากฏชั่วคราวของอนุภาคพลังงานจากพื้นที่ว่างเปล่า ซึ่งช่วยให้สามารถสร้างคู่อนุภาค-อนุภาคต้านอนุภาคของอนุภาคเสมือน สนามแรงโน้มถ่วงที่แข็งแกร่งของหลุมดําจะแยกความผันผวนเหล่านี้ออกเป็นอนุภาคที่ออกมาซึ่งเป็นส่วนประกอบของรังสี Hawking
การอภิปรายทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับหลุมดํา
หลุมดําได้ก่อให้เกิดการอภิปรายและการโต้เถียงในชุมชนวิทยาศาสตร์ หนึ่งในการอภิปรายหลักๆ เกี่ยวกับการสลายตัวของสุญญากาศ ซึ่งขึ้นอยู่กับรูดําแบบสแตติกที่อยู่ตรงกลางโดยฟองอากาศที่ 'เกิดนิวเคลียส' แทนที่รูดําด้วยสุญญากาศที่แท้จริงหรือเกิดนิวเคลียสของฟองอากาศแบบสแตติก ผลลัพธ์ที่ได้คือรูดําที่ตกค้างอยู่ล้อมรอบด้วยสุญญากาศที่แท้จริง เป็นที่เชื่อกันอย่างกว้างขวางว่า 'ฟองอากาศ' นี้จะครอบครองจักรวาลในท้ายที่สุด อย่างไรก็ตาม วิธีนี้ไม่คํานึงถึงสนามแรงโน้มถ่วงซึ่งอาจเพิ่มความไม่เสถียรของสุญญากาศเนื่องจากรูดําขนาดเล็กที่ทําหน้าที่เป็นเมล็ดพันธุ์นิวเคลียส
รูดําจะอยู่ตรงกลางโดยความโดดเด่นของแรงโน้มถ่วง จุดนี้เป็นจุดหนึ่งมิติที่ประกอบด้วยพื้นที่ขนาดเล็กมากซึ่งแรงโน้มถ่วงและความหนาแน่นจะกลายเป็นเส้นโค้งแบบไร้ที่สิ้นสุดและแบบพื้นที่-เวลา หลายคนอ้างว่าเมื่อวัตถุตกลงไปในหลุมดําและเข้าถึงความเป็นเอกลักษณ์ วัตถุเหล่านั้นจะถูกเปลี่ยนแปลงโดยแรงโน้มถ่วงที่หลากหลาย สิ่งนี้ท้าทายทฤษฎีความสัมพัทธ์ทั่วไป ซึ่งเน้นผลกระทบควอนตัมในการมีอยู่ของหลุมดํา
แม้ว่ากล้องโทรทรรศน์จะมีบทบาทสําคัญในการตรวจจับหลุมดํา เนื่องจากเทคโนโลยีสุญญากาศก้าวหน้าอย่างรวดเร็ว แต่ก็มีข้อเสนอแนะว่าการใช้งานในวิทยาศาสตร์สุญญากาศ เช่น เครื่องชนขนาดใหญ่ Hadron Collider (LHC) ของ CERN สามารถทําให้เกิดหลุมดําได้ ซึ่งเกิดจากอนุภาคที่เกิดขึ้นเมื่อคู่โปรตอนชนกัน การก่อตัวดังกล่าวจะยืนยันทฤษฎีที่ว่าจักรวาลไม่ใช่สี่มิติ แต่เป็นโฮสต์มิติอื่น ๆ
รูดํายังคงมีสถานะปริศนาบางอย่างในโลกฟิสิกส์ แต่ด้วยการสังเกตเมื่อเร็วๆ นี้ รวมถึงความก้าวหน้าของเทคโนโลยีสุญญากาศที่พบในกล้องโทรทรรศน์และเครื่องตรวจจับคลื่นแรงโน้มถ่วง การสังเกตรูดําจะช่วยให้นักวิจัยสามารถคาดการณ์และการค้นพบใหม่ๆ เกี่ยวกับจักรวาลและต้นกําเนิดของมันได้
