โรงเรียนบ้านทอนวังปราง

เรื่อง หลุมดำ ทำไมมันถึงแกว่งไปมา ด้วยคำถามนี้ลองมาดูกันว่าหลุมดำคืออะไร

หลุมดำ ทำไมมันถึงแกว่งไปมา ด้วยคำถามนี้ลองมาดูกันว่าหลุมดำคืออะไร ตำราบอกว่ามันเป็นคำทำนาย ของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ของไอน์สไตน์ ประชาชนเชื่อว่ามันเป็นสัตว์ประหลาด ที่กลืนกินทุกสิ่งในจักรวาล ผู้ตัดสินรางวัลโนเบลประจำปีนี้ คิดว่ามีความสำคัญ และสมควรได้รับรางวัลโนเบลเป็นที่ยอมรับ

ตัวเอกของเรื่องราวของเราในวันนี้คือหลุมดำ แต่แตกต่างจากหลุมดำมวลมหาศาลใจกลางทางช้างเผือก ที่ค้นพบโดยผู้ได้รับรางวัลโนเบล ไลน์ฮาร์ดเกนเซล และแอนเดรียการเต็ด เป็นน้องชายคนเล็กที่มีมวลเบากว่า 500,000เท่าของหลุมดำ ด้วยมวลดาวคงที่ ดาวฤกษ์ที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ 20ดวง

เมื่อสิ้นอายุขัยแกนของพวกมัน จะยุบกลายเป็นหลุมดำ ที่มีมวลคงที่ของดาวฤกษ์ อาจมีหลุมดำเหล่านี้หลายร้อยล้านหลุม ในทางช้างเผือก แต่หลุมดำเหล่านี้ ส่วนใหญ่มีอยู่จริง โดยไม่มีดวงดาวเพื่อนร่วมทาง ดังนั้นพวกมันจึงสามารถสะสมตัวกลาง ระหว่างดวงดาวในอวกาศโดยรอบเท่านั้น และความหนาแน่นของตัวกลาง ระหว่างดวงดาวนั้นต่ำมาก ดังนั้นการแผ่รังสีของหลุมดำเหล่านี้ จึงค่อนข้างอ่อนแอและเป็นเรื่องยาก สำหรับผู้คนที่จะมองเห็นพวกมัน

อย่างไรก็ตามหลุมดำสองสามแห่ง ก่อตัวเป็นระบบดาวคู่ เนื่องจากดาวคู่หู และแรงโน้มถ่วงที่รุนแรงของหลุมดำ สามารถจับวัสดุจากดาวคู่หูได้ การจัดหาวัสดุที่เพียงพอจากดาวคู่หู สามารถสร้างดิสก์สะสมรอบหลุมดำ และผลิตไอพ่นได้ ด้วยการปลดปล่อยพลังงานศักย์โน้มถ่วง ของวัสดุเพิ่มมวลหลุมดำเหล่านี้ สามารถปล่อยรังสีที่สว่างออกมา และเราอาจสังเกตเห็นได้

หลังจากจบบทนำในย่อหน้าข้างบน ที่คล้ายกับหนังสือเรียน เราก็เริ่มเปิดเผยคำตอบ สิ่งที่คล้ายริบบิ้นนี้คือ กระแสน้ำในจินตนาการของนักวิทยาศาสตร์ กระแสเจ็ทคืออะไร เครื่องบินเจ็ทคือ การไหลของวัสดุความเร็วสูง ที่มีความเร็วในการเคลื่อนที่ใกล้เคียงกับความเร็วแสง

เมื่อหลุมดำกลืนสสารโดยรอบนั่นคือ เมื่อหลุมดำ กินเข้าไปมันจะให้ผลตอบกลับบางอย่าง กับสภาพแวดล้อมโดยรอบ และเจ็ทเป็นวิธีการหลัก ที่ระบบหลุมดำมีผลตอบรับอย่างมีนัยสำคัญ ต่อสภาพแวดล้อมโดยรอบ ทีมดาวเทียมดวงตาแห่งปัญญา ประกาศเมื่อเดือนที่แล้วว่า พวกเขาค้นพบปรากฏการณ์ การสั่นแบบกึ่งคาบความถี่ต่ำ ที่มีพลังงานสูงสุดสูงกว่า 200กิโลอิเล็กตรอนโวลต์ และที่มาของปรากฏการณ์นี้คือ เครื่องบินไอพ่น บางทีเพื่อนๆ อาจจะสงสัยอีกครั้งว่า ปรากฏการณ์การสั่นกึ่งคาบความถี่ต่ำคืออะไร

ปรากฏการณ์ของการสั่นกึ่งคาบความถี่ต่ำคือ ความถี่ต่ำปรากฏการณ์กึ่งคาบการสั่น ความถี่ต่ำหมายความว่า มีความถี่สูงและกึ่งคาบการสั่นหมายความว่า ไม่ตรงตามช่วงเวลาการสั่นหมายความว่า จะมีขึ้นๆ ลงๆ และปรากฏการณ์หมายความว่าเราสามารถสังเกตได้

ดังนั้นการสั่นแบบกึ่งคาบความถี่ต่ำเรียกว่า QPO ความถี่ต่ำ จึงเป็นปรากฏการณ์การสังเกตชนิดพิเศษ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลง ความเข้มของรังสีสูงและต่ำเป็นระยะๆ ของดาวไบนารี่ หลุมดำบางดวง และการเปลี่ยนแปลงนี้ไม่แม่นยำ ความถี่ของการเปลี่ยนแปลงนี้ มีตั้งแต่หนึ่งครั้งใน 2-3วินาที ไปจนถึงหลายสิบครั้งต่อวินาที

คิวพีโอความถี่ต่ำถูกค้นพบในปี 1980 และแพร่หลายในไบนารีหลุมดำ นักวิทยาศาสตร์บางคน เชื่อว่าเมื่อสสารของดาวคู่หูถูกดึงดูดโดยหลุมดำ มันจะสร้างดิสก์สะสม ในกระบวนการหมุน และตกลงไปที่หลุมดำ ในกระบวนการนี้ความไม่แน่นอนบางอย่าง อาจปรากฏบนดิสก์ เพิ่มปริมาณทำให้รังสีเอ็กซ์เรย์ ได้รับการมอดูเลต เป็นระยะส่งผลให้คิวพีโอความถี่ต่ำ

นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ เชื่อว่าใกล้หลุมดำจะมีโครงสร้างประกอบด้วยพลาสมาร้อน ภายในของโครงสร้างนี้อาจสั่น หรือทิศทางของโครงสร้างนี้ อาจหมุนรอบแกนการหมุน ของหลุมดำนั่นคือ จะเกิดขึ้นการหมุนควง ส่งผลให้มีการมอดูเลตรังสีเอกซ์ เป็นระยะที่ใกล้เคียงกัน ส่งผลให้คิวพีโอความถี่ต่ำ คิวพีโอความถี่ต่ำ เกี่ยวข้องกับการไหลของเจ็ทได้อย่างไร โครงสร้างของพลาสมากลุ่มนี้ อาจเป็นเครื่องบินเจ็ทที่มีขนาดค่อนข้างเล็ก เจ็ทนี้หมุนรอบหลุมดำ และสามารถเข้าใจได้ด้วยสายตาว่าแกว่งไปมาพร้อมกับหลุมดำ

ในกระบวนการแกว่ง เมื่อเครื่องบินเจ็ทหันหน้าเข้าหาเรา เจ็ทที่เราเห็นจะสว่างขึ้น และเมื่อเครื่องบินอยู่ไกลจากเรา ความสว่างที่เราเห็นจะมืดลง ยิ่งไปกว่านั้นเครื่องบินเจ็ท ยังแกว่งไปมารอบแกนการหมุนของหลุมดำ ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงความสว่างนี้ จึงคล้ายกับการเป็นระยะ จะเห็นได้ว่าปรากฏการณ์คิวพีโอความถี่ต่ำ เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ

เนื่องจากคิวพีโอความถี่ต่ำที่กล่าวมาข้างต้น อาจมาจากดิสก์เพิ่มความถี่ ทำไมคิวพีโอความถี่ต่ำที่ดาวเทียม เนื่องจากพลังงานของมันสูงเกินไป มากกว่า 200กิโลอิเล็กตรอนโวลต์ อุณหภูมิของแผ่น เพิ่มปริมาณสูงสุด ไม่เกินหลายกิโลอิเล็กตรอนโวลต์

วันนี้เรื่องราวเกี่ยวกับเครื่องบินเจ็ท ที่แกว่งไปมากับหลุมดำ มาถึงแล้วสุดท้ายนี้ เราต้องขอขอบคุณดาวเทียมดวงตาแห่งปัญญา เพราะมีความสามารถที่แข็งแกร่งที่สุด ในการรวบรวมโฟตอนพลังงานสูง เพื่อให้เราได้เห็นปรากฏการณ์ ที่น่าสนใจเช่นนี้