ภาพแรกของหลุมดำ ที่ถูกสร้างเมื่อ 40 ปีที่แล้ว เป็นต้นแบบให้กับหลุมดำหนัง Interstellar

ปี 2019 เป็นช่วงเวลาที่สวยงามของวงการดาราศาสตร์ และก็เป็นเวลาที่ผ่านมาประมาณปีกว่าแล้ว ที่โครงการกล้องโทรทรรศน์ Event Horizon Telescope (EHT) ได้ทำงานของมันเพื่อการถ่ายภาพบริเวณ ขอบฟ้าเหตุการณ์ (Event horizon) ของหลุมดำให้ได้เป็นครั้งแรก

ถึงแม้ว่าหลายๆ คนอาจจะคิดว่าได้เคยเห็นภาพจริงของหลุมดำมาแล้ว แต่ในความเป็นจริงก็คือ เราไม่เคยได้เห็นภาพหลุมดำที่แท้จริงเลย (ภาพหลุมดำที่เห็นกัน ล้วนเป็นภาพที่ถูกสร้างขึ้นมา) และเหตุผลนั้นก็ง่ายมาก เพราะว่า หลุมดำ นั้นเป็นสิ่งที่ไม่สามารถมองเห็นได้อย่างแท้จริง ด้วยเพราะแรงดึงดูดอันมหาศาลของมัน ทำให้สิ่งใดๆ ที่ถูกดูดเข้าไปในตัวมันจะไม่สามารถหนีออกมาได้อีก ไม่ว่าจะเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า รังสีเอกซ์ แสงอินฟราเรด และคลื่นวิทยุ โดยตามหลักการแล้ว สิ่งเหล่านี้จะไม่สามารถวิ่งหนีออกมาจากหลุมดำได้ ทำให้เราไม่สามารถตรวจจับหรือมองเห็นหลุมดำได้โดยตรง

ซึ่งขอบเขตของปากหลุมดำ เป็นเขตแดนที่ถ้าวัตถุใดๆ เคลื่อนที่ผ่านเข้าไปจะไม่สามารถกลับออกมาได้อีกนั้น ถูกเรียกว่า ขอบฟ้าเหตุการณ์ และแน่นอนว่าไม่มีใครอยากเดินทางผ่านเข้าไปในขอบเขตนี้อย่างแน่นอน ในเมื่อเราไม่สามารถมองเห็นหลุมดำได้ โอกาสเพียงอย่างเดียวคือการบันทึกภาพตรงส่วนของ ขอบฟ้าเหตุการณ์ ซึ่งเป็นบริเวณรอบๆ ปากปล่องของหลุมดำ แต่เราต้องเข้าใกล้หลุมดำให้มากพอ เพื่อที่จะบันทึกภาพของขอบฟ้าเหตุการณ์ ต้องขอบคุณโครงการกล้องโทรทรรศน์ Event Horizon Telescope ที่จะทำให้เราได้เห็นภาพที่แท้จริงของขอบฟ้าเหตุการณ์ในเร็วๆ นี้

และเชื่อหรือไม่ว่า ภาพแรกของหลุมดำที่ปรากฏสู่สายตาชาวโลกนั้นมีกำเนิดย้อนหลังไปถึงกว่า 40 ปีมาแล้ว โดยนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์นาม Jean-Pierre Luminet ในปี 1978 เขาได้วาดภาพของเส้นขอบฟ้าเหตุการณ์ขึ้นด้วยมือ โดยอาศัยเทคนิคที่น่าทึ่ง

เครื่องคอมพิวเตอร์ IBM 7040 ที่คุณ Jean-Pierre Luminet ใช้สร้างแบบจำลองของเส้นขอบฟ้าเหตุการณ์

ขอบคุณภาพประกอบจาก Wikipedia

แน่นอนว่าภาพของเขา ไม่ใช่ภาพถ่ายที่แท้จริงของหลุมดำ และชายผู้นี้ได้อาศัยองค์ความรู้ด้านคณิตศาสตร์ของเขา เพื่อการสร้างแบบจำลองของเส้นขอบฟ้าเหตุการณ์ขึ้นด้วยเครื่อง IBM 7040 ซึ่งเป็นคอมพิวเตอร์ยุคเก่าสมัยเมื่อ 40 ปีที่แล้ว ซึ่งการเขียนโปรแกรมสั่งงานคอมพิวเตอร์ นั้นยังต้องทำผ่านกระดาษเจาะรู หรือ Punch card กันอยู่เลย เรียกได้ว่าเป็นระบบคอมพิวเตอร์ในยุคแรกๆ

คุณ Jean-Pierre Luminet กล่าวว่า "ในเวลานั้น หลุมดำ ยังเป็นเรื่องแปลกใหม่ และนักดาราศาสตร์หลายๆ คนยังไม่เชื่อว่าหลุมดำมีอยู่จริง และผมต้องการสำรวจหลักการทางฟิสิกส์ที่แปลกประหลาดของหลุมดำ และต้องการนำเสนอกลไกที่รองรับการมีอยู่ของมัน และผมชอบไอเดียที่ว่าดาวที่ไม่มีการส่องแสงโดยสิ้นเชิงอย่างหลุมดำนั้น เราจะสามารถสำรวจการมีอยู่ของมันได้อย่างไร"

และชุดข้อมูลที่ได้มาจากการสร้างแบบจำลองขอบฟ้าเหตุการณ์ด้วยเครื่องคอมฯ ยุคเก่านั้น คุณ Lumine ได้ทำการพลอตภาพวาดของเส้นขอบฟ้าเหตุการณ์ลงบนกระดาษสีดำ ด้วยปากกาและหมึกอินเดีย พูดให้ฟังง่ายๆ คือเขาสวมบทเป็นเครื่องพิมพ์ปริ๊นเตอร์นั่นเอง

ทำให้เกิดเปิดภาพวาดของเส้นขอบฟ้าเหตุการณ์ภาพแรกในประวัติศาสตร์ของมวลมนุษยชาติตามภาพด้านบน ซึ่งต้องบอกว่าเป็นผลงานที่ปราณีตมากๆ และสาเหตุที่เส้นขอบฟ้าเหตุการณ์ตรงปากปล่องหลุมดำไม่ได้เป็นรูปทรงที่กลมๆ แบนๆ ก็เนื่องจากแรงดึงดูดอันมหาศาลของมัน ทำให้เกิดการบิดเบี้ยวของแสงที่อยู่โดยรอบ

หลุมดำที่ปรากฏในหนัง Interstellar มีชื่อว่า Gargantua

ขอบคุณภาพจาก Paramount Pictures

และประเด็นที่น่าสนใจ คือภาพยนตร์แนวนวนิยายวิทยาศาสตร์ที่ว่าด้วยการออกสำรวจหาดาวดวงใหม่ที่จะเป็นบ้านของมนุษย์ อย่างเรื่อง Interstellar ที่ออกฉายในปี 2014 ของผู้กำกับชื่อดังอย่าง คริสโตเฟอร์ โนแลน นั้นได้ปรากฏภาพของหลุมดำ ที่เกิดจากความร่วมมือนานนับทศวรรษระหว่างคุณ Kip Thorne ที่เป็นศาตราจาร์ยด้านฟิสิกส์ กับคุณ Jean-Pierre Luminet ที่เป็นเจ้าของภาพวาดต้นฉบับเมื่อ 40 ปีที่แล้ว โดยภาพที่ปรากฏในหนัง เป็นภาพจำลองของหลุมดำอย่างง่ายๆ มันลดความซับซ้อนลง เพื่อให้ดูสวยงามบนจอภาพยนตร์ แต่มันก็ยังดูน่าทึ่งอยู่ดี แต่ถ้าถามทั้งคุณ Kip Thorne และคุณ Jean-Pierre Luminet แล้ว มันช่างเป็นภาพที่แตกต่างจากหลุมดำของจริง 

ความแตกต่างอย่างชัดเจนระหว่างภาพแรกของคุณ Jean-Pierre Luminet และภาพหลุมดำที่ปรากฏในหนัง Interstellar คือหลุมดำในหนังนั้น วงแหวนมีความสว่างที่สมดุลกันทั้ง 2 ฝั่งแต่ในความเป็นจริงแล้ว ความสว่างทั้ง 2 ฝั่งนั้นจะไม่สมดุลกันตามตัวแบบในภาพแรก เป็นผลเนื่องจากสนามแรงดึงดูดโน้มถ่วงของหลุมดำ ทำให้เกิดการซีดจางของแสงในบางส่วน