วงแหวนแสงที่แหลมคมพบเห็นรอบหลุมดำมวลมหาศาล

นักวิจัยที่ทำงานเกี่ยวกับกล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์ (EHT) ค้นพบวงแหวนแสงที่แหลมคมซึ่งสร้างขึ้นโดยโฟตอนที่วิ่งรอบด้านหลังของหลุมดำมวลมหาศาล การสังเกตการณ์ยืนยันการทำนายทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ และให้ความกระจ่างเพิ่มเติมเกี่ยวกับมวลของหลุมดำและไอพ่นอันทรงพลังที่พุ่งออกมาจากวัตถุมวลมหาศาล

EHT เป็นชุดกล้องโทรทรรศน์วิทยุระดับโลก ซึ่งเมื่อรวมกันแล้วจะมีรูรับแสงกว้างพอที่จะแก้ไขบริเวณโดยรอบของหลุมดำมวลมหาศาลได้ ในปี 2019 นักวิทยาศาสตร์ EHT ได้ผลิต ภาพแรก ของจานเรืองแสงของก๊าซและ "เงา" ที่ล้อมรอบหลุมดำมวลมหาศาล M87* วัตถุนี้อยู่ในใจกลางของกาแล็กซีเมสไซเออร์ 87 และคิดว่ามีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ประมาณ 7 พันล้านเท่า จากนั้น EHT ก็ชี้ไปที่หลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางทางช้างเผือกและ ภาพของแผ่นดิสก์และเงาของวัตถุนั้น ออกเมื่อต้นปีนี้

ขณะนี้นักวิจัย EHT นำโดย เอเวอรี่ บรอเดอริก จากสถาบัน Perimeter Institute for Theoretical Physics ของแคนาดาและมหาวิทยาลัย Waterloo ได้กลับมาสำรวจการสังเกตการณ์ M87* อีกครั้งเพื่อค้นหาวงแหวนแสงที่แหลมคมซึ่งสร้างขึ้นโดยโฟตอนซึ่งโคจรรอบหลุมดำครึ่งวงโคจรรอบด้านหลังของหลุมดำก่อนที่จะเดินทางมายังโลก วงแหวนนี้คาดการณ์ได้จากการจำลองแมกนีโตไฮโดรไดนามิกเชิงสัมพัทธภาพทั่วไปของพื้นที่รอบๆ M87* แต่ไม่สามารถมองเห็นได้เนื่องจากแผ่นกระจายแสงที่สว่างซึ่งสร้างโดยโฟตอนซึ่งเดินทางตรงมายังโลก

เห็นหิ่งห้อย

“เราปิดไฟฉายเพื่อดูหิ่งห้อย” Broderick กล่าว และเสริมว่า “เราสามารถทำบางสิ่งที่ลึกซึ้ง – เพื่อแก้ไขลายเซ็นพื้นฐานของแรงโน้มถ่วงรอบหลุมดำ” ทีมงานทำสิ่งนี้โดยใช้อัลกอริทึมภาพใหม่ที่พวกเขาเพิ่มเข้าไป ธีมิส – กรอบการวิเคราะห์ที่ช่วยให้นักวิจัยเข้าใจการสังเกต EHT

สมาชิกในทีม ฮังยี่ปู้ แห่ง National Taiwan Normal University กล่าวว่า อัลกอริทึมใหม่ช่วยให้การทำงานร่วมกันสามารถ "ลอกออก" องค์ประกอบของภาพ EHT เพื่อให้ "สามารถเปิดเผยสภาพแวดล้อมรอบหลุมดำได้อย่างชัดเจน"

นอกจากการสังเกตวงแหวนโฟตอนแล้ว ทีมงานยังพบหลักฐานว่ามีไอพ่นหมุนวนอันทรงพลังพุ่งออกมาจากบริเวณหลุมดำ การสังเกตครั้งหลังเป็นการยืนยันการทำนายทางทฤษฎีที่ว่าการหมุนของหลุมดำทำให้เกิดการไหลออกของสสารอย่างทรงพลัง การวิเคราะห์ล่าสุดนี้รวมกับการสังเกตก่อนหน้านี้ทำให้ทีมสามารถให้ค่ามวลของ M87* ได้ดีที่สุดจนถึงตอนนี้ โดยตรึงไว้ที่ 7.13 ± 0.39 พันล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์

ทฤษฎีคาดการณ์ว่าควรมีวงแหวนรอบ M87* มากขึ้น ซึ่งแต่ละวงจะสอดคล้องกับโฟตอนที่โคจรรอบหลุมดำต่างกัน ทีมงานเชื่อว่าควรจะสามารถปรับแต่งการวิเคราะห์เพื่อดูวงแหวนเหล่านี้อย่างน้อยหนึ่งวง

งานวิจัยได้อธิบายไว้ใน วารสาร Astrophysical.