รูปร่างของ “โคโรนา” รอบหลุมดำนั้นคืออีกข้อสังเกตที่น่าสนใจเกี่ยวกับพฤติกรรมโดยรอบหลุมดำ ระหว่างหลุมดำมวลยิ่งยวดกับหลุมดำขนาดเล็กที่มีมวลเท่ากับดาวฤกษ์มีลักษณะและพฤติกรรมของโคโรนาแตกต่างอย่างไรบ้าง กล้องโทรทรรศน์ IXPE และโพลาไรเซชันของเอกซเรย์ช่วยไขคำตอบของพฤติกรรมปริศนาของโคโรนาหลุมดำ

โคโรนาหรือชั้นก๊าซร้อนที่ล้อมรอบหลุมดำ แม้จะมีชื่อเรียกเหมือนกับชั้นโคโรนาที่อยู่รอบดวงอาทิตย์ แต่อุณหภูมินั้นแตกต่างกันอย่างสุดขั้ว โคโรนาของดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิอยู่ที่ 5,500 องศาเซลเซียส ส่วนโคโรนาหลุมดำสามารถมีอุณหภูมิที่สูงได้มากถึงหลายพันล้านองศาเซลเซียส และนั่นทำให้อะตอมของสสารในโคโรนาที่อยู่รอบหลุมดำปลดปล่อยรังสีเอกซ์ออกมา

ภาพถ่ายเนบิวลาปูจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศ IXPE

สิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับหลุมดำคือ พฤติกรรมการกลืนกินสสารของหลุมดำมวลยิ่งยวดและหลุมดำมวลเทียบเท่าดาวฤกษ์นั้นมีพฤติกรรมที่แตกต่างกัน นั่นส่งผลให้พฤติกรรมของสสารที่อยู่ล้อมรอบหลุมดำและรูปทรงของมันแตกต่างกันหรือไม่ แล้วโคโรนาที่เป็นพื้นผิวที่ใกล้ชิดกับหลุมดำที่สุดนั้น มันเป็นชั้นพื้นผิวที่อยู่เกาะติดกับขอบฟ้าเหตุการณ์หรือไม่ รูปร่างของมันลอยอยู่เหนือจากพอกพูนมวลสารของหลุมดำหรือจมเข้าไปในชั้นเดียวจานพอกพูนมวล ซึ่งองค์ความรู้นี้ยังคงคลุมเครือและอยู่ในข้อถกเถียงทางทฤษฎีเท่านั้น

กล้องโทรทรรศน์อวกาศ IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) เป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศรังสีเอกซ์ที่ถูกออกแบบมาเพื่อการสังเกตการณ์รังสีเอกซ์ในย่านโพลาไรซ์ ซึ่งลักษณะเด่นนี้ทำให้มันสามารถสังเกตเหตุการณ์ทางแสงที่ซับซ้อนและยากที่จะมองเห็นในย่านแสงไม่โพลาไรซ์ เช่น พฤติกรรมของสสารที่หมุนวนรอบหลุมดำ หรือรูปร่างของโคโรนาได้ ซึ่งจะนับว่าเป็นครั้งแรกที่มีการศึกษาชั้นโคโรนารอบหลุมดำด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศ

ภาพถ่ายเนบิวลาปูที่เปรียบเทียบแนวโพลาไรซ์ของแสงจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศ IXPE

จากการสังเกตการณ์ผ่านกล้องโทรทรรศน์ IXPE ผ่านคุณสมบัติการโพลาไรซ์ พบว่าชั้นโคโรนาของหลุมดำไม่ได้มีลักษณะเป็นเสาที่ลอยออกมาเหนือจานพอกพูนมวล แต่เป็นลักษณะจานที่แพร่ขยายออกไปในทิศทางเดียวกับจานพอกพูนมวลสารที่ล้อมรอบหลุมดำ

ภาพวาดหลุมดำจากจินตนาการของศิลปิน โดยมีการไฮไลท์สีม่วงเป็นรังสีเอ็กซ์ที่โพลาไรซ์ที่สังเกตเห็นได้จากกล้อง IXPE

และในการศึกษาครั้งนี้ก็ได้ศึกษาเปรียบเทียบรูปร่างของโคโรนารอบหลุมดำมวลยิ่งยวดและหลุมดำมวลดาวฤกษ์เปรียบเทียบกันว่ามีขนาดที่แตกต่างกันอย่างไรบ้าง ซึ่งผลจากการสังเกตการณ์พบว่าโคโรนาที่อยู่รอบหลุมดำทั้งเล็กและใหญ่มีลักษณะรูปทรงทางเรขาคณิตและพฤติกรรมของโคโรนาที่ใกล้เคียงกันทั้งที่ขนาดและพฤติกรรมการดูดกลืนสสารแตกต่างกัน

องค์ความรู้ที่ได้จากการศึกษาครั้งนี้ทำให้นักดาราศาสตร์สามารถใช้การสังเกตการณ์หลุมดำขนาดเล็กหรือที่อยู่ใกล้กับโลกของเราเพื่อศึกษาพฤติกรรมรอบหลุมดำมวลยิ่งยวดได้เช่นเดียวกัน ซึ่งอาจทำให้การศึกษาด้านหลุมดำง่ายมากยิ่งขึ้นได้

เรียบเรียงโดย จิรสิน อัศวกุล

🎧 อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

ที่มาข้อมูล : NASA

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

กล้องฯ IXPE ช่วยสำรวจรูปร่าง “โคโรนา” รอบหลุมดำมวลยิ่งยวด