หลุมดำ ลึกลับเป็นหนึ่งในสิ่งที่แปลกใหม่ที่สุดในจักรวาล มันได้ชื่อนี้มาเพราะว่าแม้แต่แสงมันก็ไม่ปล่อยให้เล็ดลอดออกมาได้ หลุมดำเป็นอาณาเขตบริเวณที่เป็นศูนย์รวมแรงโน้มถ่วงหนาแน่น จนไม่มีแสง รังสี วัตถุ มวล คลื่น หรืออะไรก็ตามที่หนีออกมาได้ไม่ได้เข้าใกล้ มาเรียนรู้กันสักนิดว่าสิ่งประหลาดนี้มันก่อตัวขึ้นมาได้อย่างไร โดยวันนี้ akatommychong ขอนำเสนอ 3 ทฤษฎีกำเนิดหลุมดำมาให้ทุกท่านได้อ่านกัน
การกำเนิดของ หลุมดำ
การเกิดหลุมดำในเอกภพนั้น โดยทั่วไปเกิดจากการยุบตัวของแรงโน้มถ่วงของดาวฤกษ์ หรือที่เรียกว่า gravitational collapse เพราะดาวทุกดวงที่อยู่ในเอกภพนั้น จะอยู่ในสภาพที่มีสมดุลระหว่างแรงสองแรงในตัวเอง คือแรงผลักออก ที่เรียกว่าปฏิกิริยานิวเคลียร์ และแรงดึงดูดเข้าสู่ศูนย์กลางที่เกิดจากขนาดของมวลดาวที่เรียกว่าแรงดึงดูด ซึ่งเมื่อดาวฤกษ์ได้เผาผลาญพลังงานนิวเคลียร์ภายในจนหมด แรงนิวเคลียร์ที่เป็นแรงผลักออกก็ไม่สามารถต้านแรงดึงดูดเข้าสู่จุดศูนย์กลางเอาไว้ได้
ทำให้มวลเกิดการยุบตัวด้วยแรงโน้มถ่วง จินตนาการถึงลูกโป่งที่ห่อไว้ด้วย ฟอยล์อลูมิเนียมสองชั้น อากาศที่อยู่ภายในลูกโป่งจะดันผิวของลูกโป่งให้พอง เปรียบเสมือนแรงนิวเคลียร์ ซึ่งเป็นแรงดันที่สร้างจากแกนกลางของดวงดาว และผลักชั้นของแก๊ซรอบๆดวงดาวเอาไว้ ในที่นี้ฟอยล์ก็คือชั้นของแก๊ซรอบๆดวงดาว ซึ่งแรงโน้มถ่วงทำให้แก๊สเหล่านั้นถูกดึงเข้าหากันไว้นั่นเอง
ตลอดช่วงระยะชีวิตของดวงดาว แรงผลักออกที่สร้างจากการเผาไหม้ปฏิกิริยานิวเคลียร์จะสร้างสมดุลระหว่างแรงโน้มถ่วง โดยดาวทุกดวงเริ่มต้นจากการฟิวชั่นการ์ดไฮโดรเจน จนกลายเป็นฮีเลียม ดาวที่ดวงเล็กและอุณหภูมิไม่สูงมากนักจะหยุดที่ตรงนั้น แต่ดาวที่มีขนาดใหญ่จะหลอมรวมจนมีขนาดใหญ่ขึ้นและใหญ่ขึ้น
เมื่อดาวมาถึงจุดสิ้นสุดของช่วงชีวิตแล้วกระบวนการนิวเคลียร์ฟิวชั่นจะหยุด ท้ายที่สุดแรงโน้มถ่วงก็จะชนะแรงผลักออกที่สร้างจากกระบวนการฟิวชั่นของดวงดาวมันจะหมดเชื้อเพลิงที่แกนกลางและกระบวนการเผาไหม้จะหยุด นี้เหมือนกับการเอาเข็มเจาะลูกโป่งให้แตกออก แรงโน้มถ่วงจะชนะและดวงดาวจะพังทะลาย การระเบิดของดวงดาวนี้เรียกว่า Supernova นั่นเอง
ฟอยล์ที่อยู่ด้านในติดกับลูกโป่งนั้น เปรียบเสมือนก๊าซที่เหลืออยู่จากตัวแกนกลางของดาว ซึ่งยังเหลือมวลที่มากพอสำหรับการเริ่มต้นครั้งใหม่ ขย้ำก้อนฟอยล์ที่เหลือให้กลายเป็นลูกบอลลูกเล็กๆ ได้เป็นดาวที่ถูกแรงโน้มถ่วงยุบรวมเข้าหากัน การยุบตัวลงสู่พื้นที่เล็กๆนั้นส่งผลให้เกิดการก่อตัวของหลุมดำ
แรงโน้มถ่วงของหลุมดำ
ในปี 1917 ไอน์สไตน์ นำเสนอทฤษฎีสัมพันธภาพทั่วไปว่ามวลทำให้อากาศโค้ง ดาวที่มีมวลมากจะฉุดรั้งให้อวกาศโค้งและการเวลายืดออกไป ในลักษณะที่เหมือนกับผืนผ้าใบที่ถูกขึงแผ่ไว้และมีลูกบอลอยู่ตรงกลาง สามารถอธิบายให้เห็นภาพได้ด้วยผืนผ้าใบผืนใหญ่ที่ถูกขึงให้ตึงไว้เป็นตัวแทนของเอกภพของเรา เมื่อเราหินทรงกลมที่มีขนาดใหญ่ ซึ่งเป็นตัวแทนของหลุมดำในเอกภพนั้นมาวางไว้บนผืนผ้าใบจะทำให้เกิดรอยบุ่มและผืนผ้าใบจะโค้งงอไปตามมนของหินนั่นหมายความว่ายิ่งดวงดาวมีมวลมากเท่าไหร่ก็ยิ่งทำให้เกิดการโค้งงอของอวกาศที่มากและทำให้มีแรงโน้มถ่วงที่มากขึ้น
หินก้อนใหญ่นั้นก็คือหลุมดำ เมื่อเราเอาลูกแก้วเล็กๆอีกหลายลูกมาเทลงไปบนผืนผ้าใบ ลูกแก้วเหล่านั้นจะหมุนเป็นวงกลมเข้าหาหินก้อนใหญ่และติดเข้าไปอยู่ในหลุมที่หินก้อนใหญ่นั้นสร้างขึ้น เปรียบเสมือนการที่ดาวที่อยู่รอบๆหลุมดำจะถูกแรงโน้มถ่วงของหลุมดำ ดูดกลืนเข้าไปนั่นเอง
ซึ่งเมื่อเปรียบเทียบหลุมดำกับดาวดวงอื่นแล้วอาจจะมีขนาดไม่ใหญ่มากนัก แต่มีแรงโน้มถ่วงมหาศาล เพราะมีมวลหนาแน่นบีบอัดในพื้นที่อันน้อยนิด ดาวฤกษ์นั้นมีขนาดใหญ่กว่าหลุมดำแต่มีมวลเท่ากัน ตรงกันข้ามกับหลุมดำเมื่อดาวฤกษ์กระจายไปทั่วพื้นที่ขนาดใหญ่มวลของวัตถุจะกระจายออกไปและแรงโน้มถ่วงจะไม่รุนแรงนัก เนื่องจากอวกาศจะโค้งชันน้อยลงตามมวลที่ลดลง ในขณะที่หลุมดำยังคงมีมวลมากขึ้นเรื่อยๆ เมื่อมันสะสมวัตถุจากสิ่งรอบข้างมากขึ้นจากดาวฤกษ์อื่น หรือแม้แต่หลุมดำอื่นๆ หลุมดำอาจมีมวลมากเท่ากับดวงอาทิตย์นับล้านดวง โดยหลุมดำเหล่านี้เรียกว่า หลุมดำมวลยิ่งยวด
หลุมดำมวลยิ่งยวดจะอยู่ที่ศูนย์กลางของดาราจักรส่วนใหญ่ และอีกแห่งหนึ่งอยู่ที่ใจกลางดาราจักรในทางช้างเผือก เนื่องจากมวลมหาศาลของหลุมดำมีความเข้มข้นสูงมาก อย่างไรก็ตามนักดาราศาสตร์ยังสามารถศึกษาวัตถุแปลกปลอมที่มองไม่เห็นเหล่านี้ได้ ด้วยการสังเกตดาวที่มีวงโคจรเคลื่อนที่รอบความว่างเปล่า นั้นก็คือหลุมดำนั่นเอง
หรืออีกวิธีคือการสังเกตปรากฏการณ์ gravitational lens ซึ่งตามทฤษฎีสัมพันธภาพของไอน์สไตน์นั้น แรงโน้มถ่วงสามารถเปลี่ยนแปลงเส้นทางเดินของแสงได้ เพราะแรงโน้มถ่วงมีอิทธิพลต่ออนุภาคทุกชนิดที่มีมวลหรือพลังงาน ซึ่งแสงนั้นมีพลังงาน โดยขึ้นอยู่กับความถี่ของคลื่น นักดาราศาสตร์ใช้ความรู้นี้ในการค้นหาหลุมดำ โดยการวัดแสงที่เกิดจากดาวที่อยู่รอบๆหลุมดำ เมื่อแสงถูกหักเหเข้าหาหลุมดำก็ทำให้เราเห็นเป็นภาพเสมือนของดาวได้
ชนิดของหลุมดำ
โดยปกติการยุบตัวของดวงดาวจะมีความสมมาตรเชิงทรงกลม เพราะเป็นการยุบเข้าสู่ใจกลางโดยตรง ซึ่งก็จะเกิดเป็นหลุมดำชนิดที่ง่ายที่สุดที่เรียกว่า หลุมดำ Schwarzschild ถ้าการยุบตัวของหลุมดำมีประจุไฟฟ้าด้วย และยังมีความสมมาตรเชิงทรงกลม เราจะได้หลุมดำที่เรียกว่าหลุมดำ Reissner-Nordstrom และถ้าในระหว่างการยุบตัว มีการหมุนเข้ามาเกี่ยวข้อง ผลลัพธ์ที่ได้จะเป็นหลุมดำ Kerr ถ้าการยุบตัวแบบหมุนมีประจุไฟฟ้ารวมอยู่ด้วยเราจะเรียกมันว่าหลุมดำ Kerr-newman
สำหรับการยุบตัวที่ไม่มีสมมาตรเชิงทรงกลม จะเกิดการแผ่คลื่นแรงโน้มถ่วง หรือที่เรียกว่า Gravitationnal waves ยิ่งเราเข้าใกล้หลุมดำ ความโค้งของอวกาศจะทำให้เราเคลื่อนที่ใกล้ความเร็วแสงมากยิ่งขึ้น เป็นไปได้หรือไม่ว่า ในอนาคตเราอาจจะเดินทางข้ามกาลเวลาได้
สนับสนุนโดย :: ufabet21
