EHT สำรวจไอพ่นจาก Perseus A

 

ภาพจากศิลปินแสดงไอพ่นจากหลุมดำกิจกรรมสูงของ Perseus A ซึ่งก่อนหน้านี้มีการเผยแพร่เสียงจากหลุมดำ

      กลุ่มความร่วมมือกล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าสังเกตการณ์ ซึ่งรวมถึงนักวิทยาศาสตร์จากสถาบันมักซ์พลังค์เพื่อดาราศาสตร์วิทยุ ในบอนน์ เจอรมนี เพิ่งเผยภาพฐานของไอพ่นของไอพ่นพลาสมาด้วยความละเอียดสูง

     ทีมนานาชาติใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาดเสมือนเท่าโลกเพื่อตรวจสอบโครงสร้างแม่เหล็กในนิวเคลียสของกาแลคซิวิทยุ 3C 84 หรือ Perseus A ซึ่งเป็นหนึ่งในหลุมดำมวลมหาศาลที่มีกิจกรรมคึกคักมากที่สุดที่อยู่ใกล้ที่สุดในละแวกใกล้ๆ เรา ผลที่ได้ให้แง่มุมใหม่ว่า ไอพ่นถูกยิงออกมาได้อย่างไร เผยให้เห็นว่า ในสงครามการฉุดดึง สนามแม่เหล็กมีชัยเหนือแรงโน้มถ่วง การศึกษาเผยแพร่ในวารสาร Astronomy & Astrophysics วันที่ 1 กุมภาพันธ์

     แหล่งวิทยุคลื่นแรง 3C 84 หรือ Perseus A หรือ NGC 1275 เป็นกาแลคซีที่ใจกลางกระจุกเปอร์ซีอุส(Perseus cluster) ที่อยู่ห่างออกไป 230 ล้านปีแสง มันเป็นที่อยู่ของนิวเคลียสกาแลคซีกัมมันต์(active galactic nucleus) ที่อยู่ค่อนข้างใกล้ ช่วยให้มีการศึกษาแหล่งในใจกลางด้วยความละเอียดด้วย EHT

     นอกเหนือจากให้ภาพหลุมดำภาพแรกแล้ว EHT ยังเหมาะสมอย่างมากกับการสำรวจไอพ่นพลาสมาดาราศาสตร์ฟิสิกส์ และปฏิสัมพันธ์ของมันกับสนามแม่เหล็กที่รุนแรง Georgios Fillippos Paraschos นักวิจัยที่สถาบันมักซ์พลังค์เพื่อดาราศาสตร์วิทยุ ซึ่งนำโครงการนี้ การค้นพบใหม่ของเราได้ให้หลักฐานใหม่ว่า สนามแม่เหล็กที่มีระเบียบจะแผ่ไปทั่วก๊าซร้อนจัดที่ล้อมรอบหลุมดำอยู่

     การสำรวจครั้งสำคัญโดย EHT ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใกล้คำถามที่มีมานานเกี่ยวกับกระบวนการที่หลุมดำสะสมมวลสารและผลักไอพ่นทรงพลังออกมาในระยะทางที่ไกลจากกาแลคซีต้นสังกัด

     ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา กล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าสังเกตการณ์ได้เผยภาพแสดงทิศทางการสั่นของแสงรอบๆ หลุมดำของ M87 คุณสมบัติของแสงแบบนี้เรียกว่า การเกิดโพลาไรซ์แบบเส้นตรง(linear polarization) ได้ให้เงื่อนงำเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กที่สร้าง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การเกิดโพลาไรซ์แบบเส้นตรงอย่างแรง อย่างที่พบในการศึกษาใหม่นี้ บอกใบ้ถึงสนามแม่เหล็กที่รุนแรงและเป็นระเบียบในละแวกรอบข้างของหลุมดำใน 3C 84

     ที่น่าสนใจก็คือ คิดกันว่าสนามแม่เหล็กที่ทรงพลังลักษณะนี้เป็นแรงผลักดันเบื้องหลังการยิงไอพ่นพลาสมา ซึ่งเป็นสสารที่ไม่ถูกหลุมดำกลืนกินลงไป

     กาแลคซีวิทยุ 3C 84 นั้นน่าสนใจเป็นพิเศษจากความท้าทายที่มันมี ในการตรวจจับและตรวจสอบระดับการเกิดโพลาไรซ์ของแสงใกล้หลุมดำให้เที่ยงตรง Jae-Young Kim รองศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์ฟิสิกส์ ที่มหาวิทยาลัยแห่งชาติคยองพุก ในแดกู เกาหลีใต้ ซึ่งประสานงานกับ MPifR ด้วย กล่าว ความสามารถอันเอกอุของ EHT ในการเจาะทะลุก๊าซที่หนาแน่นในห้วงอวกาศ ได้ช่วยพัฒนาการสำรวจละแวกใกล้เคียงหลุมดำได้อย่างแม่นยำ

     การสำรวจที่แม่นยำสูงลักษณะนี้จะแผ้วถางหนทางในการค้นพบและศึกษาหลุมดำมวลมหาศาลอื่นๆ ที่ยังคงซ่อนตัวจากเทคโนโลจีการสำรวจรุ่นก่อนหน้านี้  การค้นพบเหล่านี้ยังเปิดช่องสู่วิธีที่สะสมมวลเข้าสู่หลุมดำมหาศาลด้วย คิดกันว่าสสารที่ตกลงมาสู่หลุมดำจะก่อตัวเป็นสารแม่เหล็กรุนแรง ซึ่งเรียกว่า ดิสก์ยึดจับด้วยแม่เหล็ก(magnetically arrested disk)

     ถ้ารูปการณ์เป็นแบบนี้ เส้นแรงสนามแม่เหล็กภายในดิสก์สะสมมวลสาร ก็จะเกี่ยวและพันกันอย่างแน่นหนา ป้องกันการเปล่งพลังงานแม่เหล็กออกมา ยิ่งกว่านั้น การศึกษาได้บอกว่าหลุมดำของ 3C 84 นั้นหมุนรอบตัวเร็วมาก ยิ่งส่งผลต่อความเกี่ยวข้องระหว่างการยิงไอพ่นกับอัตราการหมุนรอบตัวหลุมดำที่สูง

     EHT สามารถสำรวจหลุมดำและไอพ่นของมันในเบื้องลึกได้โดยใช้เทคนิคที่เรียกว่า มาตรแทรกสอดเส้นฐานยาวมาก(Very Long-baseline interferometry) ซึ่งช่วยสร้างภาพโดยรวมสัญญาณจากการสำรวจวัตถุเดียวกันจากกล้องโทรทรรศน์หลายตัว EHT ประกอบด้วยเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์อิสระครอบคลุมทั่วโลก ซึ่งมาทำงานด้วยกันเสมือนเป็นกล้องโทรทรรศน์ตัวเดียวที่มีขนาดเท่าโลก

     Anton Zensus ผู้อำนวยการ MPifR และหัวหน้าแผนกวิจัย VLBI/ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ กล่าวว่า เราตื่นเต้นเป็นอย่างมากก็เพราะผลสรุปที่ได้เป็นอีกย่างก้าวที่สำคัญสู่ความเข้าใจกาแลคซีอย่างเช่น 3C 84 เรากับพันธมิตรกำลังกระหายที่จะพัฒนาความสามารถของกล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าสังเกตการณ์ออกไปเพื่อให้ได้แง่มุมที่ละเอียดมากขึ้นเกี่ยวกับการสร้างไอพ่นรอบหลุมดำ

 

แหล่งข่าว phys.org : magnetic launch of black hole jets in Perseus A
                space.com : Event Horizon Telescope spies jets erupting from nearby supermassive black hole