กล้องโทรทรรศน์อวกาศ IXPE ของ NASA ช่วยระบุรูปร่างของโคโรนาหลุมดำ

กล้องโทรทรรศน์อวกาศ IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) ของ NASA ได้เปิดเผยข้อมูลใหม่ที่น่าตื่นเต้นเกี่ยวกับรูปร่างและธรรมชาติของ “โคโรนา” ซึ่งเป็นโครงสร้างพลาสมาที่มีอุณหภูมิสูงมากที่อยู่รอบๆ หลุมดำ (Black hole) ซึ่งการค้นพบนี้ไม่เพียงแต่ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจรูปร่างของโคโรนาเป็นครั้งแรก แต่ยังช่วยให้เข้าใจบทบาทของโคโรนาในการป้อนพลังงานและรักษาสมดุลของหลุมดำอีกด้วย

ก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์ทราบเพียงแค่ว่า โคโรนาเป็นกลุ่มก๊าซร้อนจัดที่อยู่รอบๆ หลุมดำ คล้ายกับโคโรนาของดวงอาทิตย์ แต่มีอุณหภูมิสูงกว่ามาก อาจสูงถึงพันล้านองศา อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีใครทราบรูปร่างที่แท้จริงของโคโรนา มีการตั้งสมมติฐานต่างๆ นานา เช่น อาจเป็นทรงกลมที่ห่อหุ้มหลุมดำ หรือเป็นชั้นบรรยากาศที่เกิดจากจานสะสมมวล (Accretion disk) หรืออาจเป็นพลาสมาที่อยู่บริเวณฐานของลำอนุภาคพลังงานสูงที่พุ่งออกมาจากหลุมดำ

IXPE ได้เข้ามาไขปริศนานี้โดยใช้เทคนิคพิเศษที่เรียกว่า “โพลาไรเซชันของรังสีเอกซ์” ซึ่งเป็นคุณสมบัติของแสงที่ช่วยในการทำแผนที่รูปร่างและโครงสร้างของแหล่งพลังงาน แม้ว่าแหล่งพลังงานนั้นจะเล็กมาก สว่างมาก หรืออยู่ไกลมากจนมองไม่เห็นโดยตรงก็ตาม เทคนิคนี้เปรียบเสมือนการใช้แว่นกันแดดพิเศษที่ช่วยให้เรามองเห็นโคโรนาของดวงอาทิตย์ได้อย่างชัดเจนในช่วงสุริยุปราคาเต็มดวง IXPE ก็เช่นเดียวกัน มันช่วยให้เรามองเห็นรูปร่างและโครงสร้างของจานสะสมมวลและโคโรนาของหลุมดำได้อย่างชัดเจน

จากการศึกษาข้อมูลที่ได้จากการสังเกตการณ์หลุมดำ 12 แห่ง รวมถึงหลุมดำ Cygnus X-1, Cygnus X-3, LMC X-1, LMC X-3 และหลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางกาแล็กซี Circinus, NGC 1068 และ NGC 4151 IXPE พบว่าโคโรนาของหลุมดำมีรูปร่างแผ่ออกไปในทิศทางเดียวกับจานสะสมมวล ซึ่งเป็นการยืนยันความสัมพันธ์ระหว่างโคโรนาและจานสะสมมวล และหักล้างสมมติฐานที่ว่าโคโรนามีรูปร่างเหมือนเสาไฟที่ตั้งอยู่เหนือจานสะสมมวล

ที่น่าสนใจยิ่งไปกว่านั้นคือ IXPE พบว่าหลุมดำขนาดเล็ก (เกิดจากดาวฤกษ์ยุบตัว) และหลุมดำมวลมหาศาล มีโคโรนาที่มีรูปร่างคล้ายกัน แม้ว่ากระบวนการสะสมมวลของทั้งสองแบบจะแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงก็ตาม หลุมดำขนาดเล็กจะดึงดูดมวลสารจากดาวฤกษ์ข้างเคียง ในขณะที่หลุมดำมวลมหาศาลจะกลืนกินทุกสิ่งที่อยู่รอบตัวมัน แต่กลไกการสะสมมวลกลับทำงานในลักษณะเดียวกัน

การค้นพบนี้เป็นเรื่องน่าตื่นเต้น เพราะหมายความว่าการศึกษาหลุมดำขนาดเล็กซึ่งอยู่ใกล้โลกมากกว่า สามารถช่วยให้เราเข้าใจคุณสมบัติของหลุมดำมวลมหาศาลที่อยู่ไกลออกไปได้ นักวิทยาศาสตร์คาดหวังว่า IXPE จะช่วยเผยความลับของหลุมดำและกระบวนการสะสมมวลที่ซับซ้อน นำไปสู่ความเข้าใจใหม่เกี่ยวกับวัตถุที่ลึกลับที่สุดในจักรวาลนี้
.
นอกจากนี้ การศึกษาโคโรนาของหลุมดำยังช่วยให้เราเข้าใจปรากฏการณ์อื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับหลุมดำ เช่น ลำอนุภาคพลังงานสูงที่พุ่งออกมาจากหลุมดำ ซึ่งอาจมีต้นกำเนิดมาจากโคโรนา รวมถึงการแผ่รังสีพลังงานสูงจากหลุมดำ ซึ่งโคโรนามีบทบาทสำคัญในการสร้างรังสีเหล่านี้

ในอนาคต นักวิทยาศาสตร์วางแผนที่จะใช้ IXPE ศึกษาหลุมดำเพิ่มเติม รวมถึงสำรวจหลุมดำประเภทอื่นๆ เช่น หลุมดำมวลปานกลาง เพื่อให้ได้ภาพที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นเกี่ยวกับวิวัฒนาการและพฤติกรรมของหลุมดำในจักรวาล

ข้อมูลอ้างอิง : NASA
– NASA’s IXPE Helps Researchers Determine Shape of Black Hole Corona