หลุมกินดาว

Story

นักดาราศาสตร์จะพาเราไปท่องหลุมดำอันมืดมน

ดวงอาทิตย์ของเราจะพบจุดจบอย่างเงียบๆ ความที่ดวงอาทิตย์เป็นเพียงดาวฤกษ์มวลปานกลาง อีกราวห้าพันล้านปีข้างหน้า หลังจากเผาผลาญเชื้อเพลิงไฮโดรเจนในตัวจนหมดสิ้น ผิวชั้นนอกของดวงอาทิตย์จะหลุดออก เหลือเพียงแกน ซึ่งในที่สุดจะอัดตัวจนกลายเป็นดาวแคระขาว (white dwarf) หรือซากดาวขนาดเท่าโลกเท่านั้น

ขณะที่ดาวซึ่งใหญ่กว่าดวงอาทิตย์สิบเท่ามีความตายอันน่าตื่นเต้นกว่านั้นมาก ผิวดาวชั้นนอกจะกลายเป็นซูเปอร์โนวาระเบิดออกสู่อวกาศ  และเป็นหนึ่งในวัตถุที่สว่างเจิดจ้าที่สุดในเอกภพอยู่ราวสองสัปดาห์  ในเวลาเดียวกัน แกนที่เหลือจะถูกแรงโน้มถ่วงบีบอัดลงเป็นดาวนิวตรอนทรงกลมเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 20 กิโลเมตร  

แต่นั่นยังเทียบไม่ได้เลยกับฉากสุดท้ายของดาวฤกษ์ที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ 20 เท่าขึ้นไป ต่อให้คุณทิ้งระเบิดปรมาณูความรุนแรงระดับเดียวกับที่ทิ้งใส่เมืองฮิโระชิมะทุกๆหนึ่งมิลลิวินาทีไปจนสิ้นอายุเอกภพ ก็ยังได้พลังงานไม่เท่ากับที่ถูกปลดปล่อยในชั่วขณะสุดท้ายที่ดาวยักษ์สักดวงยุบตัว  เพราะแกนดาวจะยุบ อุณหภูมิพุ่งขึ้นถึง 55,000 ล้านองศาเซลเซียส แรงกดดันของความโน้มถ่วงนั้นไม่มีอะไรหยุดยั้งได้ เหล็กแต่ละก้อนที่ใหญ่กว่ายอดเขาเอเวอเรสต์ถูกบีบอัดจนเป็นเม็ดทรายยิบย่อยในพริบตา อะตอมแตกสลายเป็นอิเล็กตรอน โปรตรอน และนิวตรอน ซึ่งถูกบดละเอียดลงไปอีกเป็นควาร์ก เลปตอน และกลูออน แล้วป่นเล็กลงๆ และแน่นขึ้นๆไปเรื่อยๆ จนกระทั่ง...

จนกระทั่งถึงไหนไม่มีใครรู้

แล้วดาวดวงนั้นก็กลายเป็นหลุมดำ

สิ่งที่ทำให้หลุมดำเป็นหุบเหวมืดมนที่สุดในเอกภพ  คือความเร็วที่ต้องใช้ในการหลุดจากความโน้มถ่วงของมัน การออกจากโลกต้องใช้ความเร็วประมาณ 11 กิโลเมตรต่อวินาที ซึ่งเร็วกว่าลูกปืนถึงหกเท่า แต่จรวดที่มนุษย์สร้างก็ทำความเร็วหลุดพ้นได้ตั้งแต่ปี 1959 เอกภพจำกัดความเร็วไว้ที่ 299,792 กิโลเมตรต่อวินาที นั่นคือความเร็วแสง ซึ่งยังไม่เพียงพอที่จะหลุดจากเงื้อมมือของหลุมดำอยู่ดี ฉะนั้นอะไรที่อยู่ในหลุมดำ ต่อให้เป็นลำแสง ก็ไม่มีทางเล็ดลอดออกมาได้  หลุมดำจึงเปรียบได้กับดินแดนที่ถูกเนรเทศจากทุกสิ่งในเอกภพ เส้นแบ่งระหว่างข้างนอกกับข้างในหลุมดำคือสิ่งที่เรียกว่า ขอบฟ้าเหตุการณ์ (event horizon) อะไรก็ตามที่ข้ามขอบฟ้าเหตุการณ์ ไม่ว่าจะเป็นดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ หรือมนุษย์ จะหายสาบสูญไปตลอดกาล

อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ นักคิดผู้มีจินตนาการปราดเปรื่องที่สุดคนหนึ่งในประวัติศาสตร์วิชาฟิสิกส์ ไม่เคยเชื่อว่าหลุมดำมีอยู่จริง สูตรของเขายอมรับการมีอยู่ของหลุมดำ แต่เขารู้สึกว่าธรรมชาติไม่มีทางยอมเด็ดขาด สิ่งที่ผิดธรรมชาติที่สุดสำหรับไอน์สไตน์คือความคิดที่ว่า ความโน้มถ่วงสามารถครอบงำแรงที่น่าจะยิ่งใหญ่กว่า เช่น แรงแม่เหล็กไฟฟ้าหรือแรงนิวเคลียร์ และเป็นเหตุให้แกนของดาวมหึมาหายวับไปจากเอกภพได้ราวกับเวทมนตร์ของนักมายากล

ไอน์สไตน์ไม่ใช่คนเดียวที่คิดอย่างนั้น ในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ยี่สิบ นักฟิสิกส์ส่วนใหญ่ไม่เชื่อว่า วัตถุใดจะหนาแน่นถึงกับสามารถรวบแสงไว้ใน “กำมือ” ได้

กระนั้น นักวิทยาศาสตร์ก็นึกสงสัยในความเป็นไปได้มาตั้งแต่ศตวรรษที่สิบแปด จอห์น มิเชลล์ นักปรัชญาชาวอังกฤษ กล่าวถึงความคิดนี้ในรายงานถึงราชสมาคมแห่งลอนดอนเมื่อปี 1783 ไม่มีใครเรียกวัตถุสุดหนาแน่นแสนพิสดารนี้ว่าหลุมดำแต่เรียกชื่อต่างๆนานาว่า ดาวยะเยือก ดาวมืด ดาวยุบ หรือภาวะเอกฐานของชวาร์ซชิลด์ (Schwarzschild Singularity) ตามชื่อนักดาราศาสตร์ชาวเยอรมัน ผู้แก้สมการเชิงทฤษฎีเกี่ยวกับหลุมดำไว้มากมาย คำว่า “หลุมดำ” ใช้ครั้งแรกเมื่อปี 1967 ในปาฐกถาของจอห์น วีเลอร์ นักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน ที่มหาวิทยาลัยโคลัมเบีย

ในช่วงเวลาไล่เลี่ยกัน ความคิดเกี่ยวกับหลุมดำก็พลิกผันไปอย่างมาก สืบเนื่องจากเหตุผลหลักคือการประดิษฐ์คิดค้นวิธีการใหม่ๆในการส่องห้วงอวกาศ   ในทศวรรษ 1960 กล้องโทรทรรศน์รังสีเอกซ์และกล้องโทรทรรศน์วิทยุเริ่มใช้กันอย่างแพร่หลาย ทำให้นักดาราศาสตร์รับแสงในความยาวคลื่นซึ่งสามารถส่องทะลุฝุ่นระหว่างดาว และทำให้เราเห็นเข้าไปถึงใน “กระดูก” ของดาราจักร ราวกับการเอกซเรย์ในโรงพยาบาล

สิ่งที่นักวิทยาศาสตร์พบอย่างไม่คาดคิดคือ ดาราจักรส่วนใหญ่ในเอกภพซึ่งมีอยู่มากกว่าหนึ่งแสนล้านดาราจักร มีศูนย์กลางที่อัดแน่นไปด้วยดาว แก๊ส และฝุ่น ณ ใจกลางของดินแดนอันสับสนอลหม่านในแทบจะทุกดาราจักรที่มองเห็นได้นี้ รวมถึงทางช้างเผือกของเราด้วย คือวัตถุที่ทั้งหนักและเล็กมาก และมีความโน้มถ่วงรุนแรงยิ่ง จนไม่ว่าจะวัดอย่างไรก็มีคำอธิบายวัตถุนี้ได้เพียงอย่างเดียว มันคือหลุมดำนั่นเอง

หลุมเหล่านี้ใหญ่มหึมา หลุมดำที่ใจกลางทางช้างเผือกนั้นหนักกว่าดวงอาทิตย์ 4.3 ล้านเท่า ขณะที่ดาราจักรแอนดรอเมดาเพื่อนบ้านของเรามีหลุมดำที่หนักเท่ากับดวงอาทิตย์ 100 ล้านดวง ส่วนดาราจักรอื่นๆน่าจะมีหลุมดำที่หนักเป็นพันล้านเท่าของดวงอาทิตย์ หรือกระทั่งหมื่นล้านเท่าก็เป็นได้ หลุมดำไม่ได้ใหญ่เช่นนี้ตั้งแต่เกิด แต่มาเพิ่มน้ำหนักด้วยการกินเหมือนพวกเรานี่เอง

ไม่มีใครเคยเห็นหลุมดำ และไม่มีใครจะได้เห็นด้วย เพราะไม่มีอะไรให้เห็น หลุมดำเป็นเพียงจุดว่างเปล่าในอวกาศว่างแบบไม่มีอะไรเลยจริงๆ ตามที่นักฟิสิกส์บอก เรารู้ว่ามีหลุมดำจากผลของสิ่งที่มันกระทำต่อสิ่งแวดล้อม

เรามั่นใจแค่ไหนว่าหลุมดำมีอยู่จริง คำตอบที่ติดปากคือร้อยละ 99.9 ถ้าตรงใจกลางดาราจักรส่วนใหญ่ไม่มีหลุมดำ ก็ต้องมีสิ่งอื่นที่พิลึกยิ่งกว่า แต่ข้อสงสัยทั้งมวลอาจหายไปได้ภายในอีกไม่กี่เดือนข้างหน้า เพราะนักดาราศาสตร์กำลังจะส่องดูหลุมดำหลุมหนึ่งในขณะที่มันสวาปาม

หลุมดำใจกลางทางช้างเผือกซึ่งห่างจากเรา 26,000 ปีแสง คือหลุมดำคนยิงธนูเอ* (Sagittarius A* เขียนย่อว่า Sgr A*) ชื่อหลังอ่านว่า เอ-สตาร์ (A-star) ขณะนี้มันดูสงบและออกจะจู้จี้กับการกิน ขณะที่ดาราจักรอื่นๆมีวัตถุจอมเขมือบที่สวาปามทั้งดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ วัตถุนั้นเรียกว่า เควซาร์

แต่หลุมดำคนยิงธนูเอ* กำลังเตรียมตัวกิน มันดูดเมฆแก๊สจี2 (G2) เข้าหาด้วยความเร็วประมาณ 3,000 กิโลเมตรต่อวินาที ภายในไม่เกินหนึ่งปี เมฆแก๊สจี2 จะไปถึงขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำ ถึงตอนนั้น กล้องโทรทรรศน์วิทยุทั่วโลกจะเล็งไปทางหลุมดำคนยิงธนูเอ* และด้วยการรวมสัญญาณจากทุกกล้องเข้าเป็นกล้องโทรทรรศน์วิทยุเสมือนที่มีขนาดใหญ่เท่าโลกเรียกว่ากล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์ (Event Horizon Telescope) เราจะสร้างภาพสดๆของหลุมดำ สิ่งที่เห็นจะไม่ใช่ตัวหลุมดำเองแต่น่าจะเป็นสิ่งที่รู้จักกันในชื่อ จานพอกพูนมวล (accretion disk) หรือเศษซากที่แผ่เป็นวงแหวนรอบหลุมดำ ภาพนี้น่าจะเป็นหลักฐานเพียงพอถึงการมีอยู่ของหลุมดำ