ดวงอาทิตย์ของเราจะพบจุดจบอย่างเงียบๆ

0
6656

เรื่อง ไมเคิล ฟิงเกิล

ศิลปกรรม มาร์ก เอ. การ์ลิก

ความที่ดวงอาทิตย์เป็นเพียงดาวมวลปานกลาง อีกราวห้าพันล้านปีข้างหน้า หลังจากเผาผลาญเชื้อเพลิงไฮโดรเจนในตัวจนหมดสิ้น ผิวชั้นนอกของดวงอาทิตย์จะหลุดออก เหลือเพียง แกน ซึ่งในที่สุดจะอัดตัวจนกลายเป็นดาวแคระขาว (white dwarf) หรือซากดาวขนาดเท่าโลกเท่านั้น

ขณะที่ดาวซึ่งใหญ่กว่าดวงอาทิตย์สิบเท่ามีความตายอันน่าตื่นเต้นกว่านั้นมาก ผิวดาวชั้นนอกจะกลายเป็นซูเปอร์โนวาระเบิดออกสู่อวกาศ และเป็นหนึ่งในวัตถุที่สว่างเจิดจ้าที่สุด ในเอกภพอยู่ราวสองสัปดาห์ ในเวลาเดียวกัน แกนที่เหลือจะถูกแรงโน้มถ่วงบีบอัดลงเป็นดาวนิวตรอนทรงกลมเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 20 กิโลเมตรที่หมุนติ้ว ชิ้นส่วนดาวนิวตรอนขนาดเท่านํ้าตาลก้อนจะหนักถึงหนึ่งพันล้านตันบนโลก ความโน้มถ่วงของดาวนิวตรอนนั้นรุนแรงมาก ถึงขนาดที่ว่า ถ้าคุณทิ้งขนมมาร์ชแมลโลว์ลงไปสักชิ้น ขนมที่ตกถึงพื้นจะ สร้างพลังงานเท่ากับระเบิดปรมาณูหนึ่งลูกทีเดียว

แต่นั่นยังเทียบไม่ได้เลยกับฉากสุดท้ายของดาวที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ 20 เท่าขึ้นไป ต่อให้คุณทิ้งระเบิดปรมาณูความรุนแรงระดับเดียวกับที่ทิ้งใส่เมืองฮิโระชิมะทุก ๆ หนึ่ง มิลลิวินาทีไปจนสิ้นอายุเอกภพ ก็ยังได้พลังงานไม่เท่ากับ ที่ถูกปลดปล่อยในชั่วขณะสุดท้ายที่ดาวยักษ์สักดวงยุบตัว เพราะแกนดาวจะยุบ อุณหภูมิพุ่งขึ้นถึง 55,000 ล้านองศาเซลเซียส แรงกดดันของความโน้มถ่วงนั้นไม่มีอะไรหยุดยั้งได้ เหล็กแต่ละก้อนที่ใหญ่กว่ายอดเขาเอเวอเรสต์ถูกบีบอัดจนเป็นเม็ดทรายยิบย่อยในพริบตา อะตอมแตกสลาย เป็นอิเล็กตรอน โปรตรอน และนิวตรอน ซึ่งถูกบดละเอียด ลงไปอีกเป็นควาร์ก เลปตอน และกลูออน แล้วป่นเล็กลง ๆ และแน่นขึ้น ๆ ไปเรื่อย ๆ จนกระทั่ง…

จนกระทั่งถึงไหนไม่มีใครรู้ การพยายามอธิบายปรากฏ- การณ์ยิ่งใหญ่เช่นนี้ด้วยทฤษฎีการทำงานของเอกภพทั้งสอง ทฤษฎีหลัก คือ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและกลศาสตร์ ควอนตัม ต่างให้ผลสะเปะสะปะทั้งคู่แล้วดาวดวงนั้นก็กลายเป็นหลุมดำ

สิ่งที่ทำให้หลุมดำเป็นหุบเหวมืดมนที่สุดในเอกภพ คือความเร็วที่ต้องใช้ในการหลุดจากความโน้มถ่วงของมัน การออกจากโลกต้องใช้ความเร็วประมาณ 11 กิโลเมตรต่อวินาที ซึ่งเร็วกว่าลูกปืนถึงหกเท่า แต่จรวดที่มนุษย์สร้าง ก็ทำความเร็วหลุดพ้นได้ตั้งแต่ปี 1959 เอกภพจำกัดความเร็วไว้ที่ 299,792 กิโลเมตรต่อวินาที นั่นคือความเร็ว แสงซึ่งยังไม่เพียงพอที่จะหลุดจากเงื้อมมือของหลุมดำ อยู่ดี ฉะนั้นอะไรที่อยู่ในหลุมดำ ต่อให้เป็นลำแสง ก็ไม่มีทางเล็ดลอดออกมาได้ และความพิลึกบางอย่างของความ โน้มถ่วงสุดขั้วก็ทำให้เรามองเข้าไปในหลุมดำไม่ได้ หลุมดำ จึงเปรียบได้กับดินแดนที่ถูกเนรเทศจากทุกสิ่งในเอกภพ เส้นแบ่งระหว่างข้างนอกกับข้างในหลุมดำคือสิ่งที่เรียกว่า ขอบฟ้าเหตุการณ์ (event horizon) อะไรก็ตามที่ข้าม ขอบฟ้าเหตุการณ์ ไม่ว่าจะเป็นดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ หรือมนุษย์ จะหายสาบสูญไปตลอดกาล

อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ นักคิดผู้มีจินตนาการปราดเปรื่องที่สุดคนหนึ่งในประวัติศาสตร์วิชาฟิสิกส์ ไม่เคยเชื่อว่า หลุมดำมีอยู่จริง สูตรของเขายอมรับการมีอยู่ของหลุมดำ แต่เขารู้สึกว่าธรรมชาติไม่มีทางยอมเด็ดขาด สิ่งที่ผิดธรรมชาติที่สุดสำหรับไอน์สไตน์คือความคิดที่ว่า ความโน้มถ่วงสามารถครอบงำแรงที่น่าจะยิ่งใหญ่กว่า เช่น แรงแม่เหล็กไฟฟ้าหรือแรงนิวเคลียร์ และเป็นเหตุให้แกน ของดาวมหึมาหายวับไปจากเอกภพได้ราวกับเวทมนตร์ของ นักมายากล

ไอน์สไตน์ไม่ใช่คนเดียวที่คิดอย่างนั้น ในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ยี่สิบ นักฟิสิกส์ส่วนใหญ่ไม่เชื่อว่า วัตถุใดจะหนาแน่นถึงกับสามารถรวบแสงไว้ใน “กำมือ” ได้

กระนั้น นักวิทยาศาสตร์ก็นึกสงสัยในความเป็นไปได้มาตั้งแต่ศตวรรษที่สิบแปด จอห์น มิเชลล์ นักปรัชญาชาวอังกฤษ กล่าวถึงความคิดนี้ในรายงานถึงราชสมาคมแห่งลอนดอนเมื่อปี 1783 ไม่มีใครเรียกวัตถุสุดหนาแน่น แสนพิสดารนี้ว่าหลุมดำ แต่เรียกชื่อต่าง ๆ นานาว่า ดาวยะเยือก ดาวมืด ดาวยุบ หรือภาวะเอกฐานของ ชวาร์ซชิลด์ (Schwarzschild singularity) ตามชื่อ นักดาราศาสตร์ชาวเยอรมัน ผู้แก้สมการเชิงทฤษฎีเกี่ยวกับ หลุมดำไว้มากมาย คำว่า “หลุมดำ” ใช้ครั้งแรกเมื่อปี 1967 ในปาฐกถาของจอห์น วีเลอร์ นักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน ที่มหาวิทยาลัยโคลัมเบีย

ในช่วงเวลาไล่เลี่ยกัน ความคิดเกี่ยวกับหลุมดำก็ พลิกผันไปอย่างมาก สืบเนื่องจากเหตุผลหลักคือการประดิษฐ์คิดค้นวิธีการใหม่ ๆ ในการส่องห้วงอวกาศ นับตั้งแต่รุ่งอรุณแห่งมนุษยชาติ การมองเห็นของเราจำกัดอยู่ที่สเปกตรัมของแสงที่ตามองเห็นได้ แต่ในทศวรรษ 1960 กล้องโทรทรรศน์รังสีเอกซ์และกล้องโทรทรรศน์วิทยุ เริ่มใช้กันอย่างแพร่หลาย ทำให้นักดาราศาสตร์รับแสงใน ความยาวคลื่นซึ่งสามารถส่องทะลุฝุ่นระหว่างดาว และทำให้เราเห็นเข้าไปถึงใน “กระดูก” ของดาราจักร ราวกับการเอกซเรย์ในโรงพยาบาล

สิ่งที่นักวิทยาศาสตร์พบอย่างไม่คาดคิดคือ ดาราจักรส่วนใหญ่ในเอกภพซึ่งมีอยู่มากกว่าหนึ่งแสนล้านดาราจักร มีศูนย์กลางที่อัดแน่นไปด้วยดาว แก๊ส และฝุ่น ณ ใจกลางของดินแดนอันสับสนอลหม่านในแทบจะทุกดารา-จักรที่มองเห็นได้นี้ รวมถึงทางช้างเผือกของเราด้วย คือวัตถุที่ทั้งหนักและเล็กมาก และมีความโน้มถ่วงรุนแรงยิ่ง จนไม่ว่าจะวัดอย่างไรก็มีคำอธิบายวัตถุนี้ได้เพียงอย่างเดียว มันคือหลุมดำนั่นเอง

หลุมเหล่านี้ใหญ่มหึมา หลุมดำที่ใจกลางทางช้างเผือก นั้นหนักกว่าดวงอาทิตย์ 4.3 ล้านเท่า ขณะที่ดาราจักรแอนดรอเมดาเพื่อนบ้านของเรามีหลุมดำที่หนักเท่ากับ ดวงอาทิตย์ 100 ล้านดวง ส่วนดาราจักรอื่น ๆ น่าจะมี หลุมดำที่หนักเป็นพันล้านเท่าของดวงอาทิตย์ หรือกระทั่งหมื่นล้านเท่าก็เป็นได้ หลุมดำไม่ได้ใหญ่เช่นนี้ตั้งแต่เกิด แต่มาเพิ่มนํ้าหนักด้วยการกินเหมือนพวกเรานี่เอง

ภายในช่วงเวลาเพียงสามสิบปี ความเห็นของนักฟิสิกส์ก็เปลี่ยนไป หลุมดำที่เกือบจะเป็นเรื่องตลก กลายเป็น ข้อเท็จจริงที่ยอมรับกันอย่างกว้างขวาง การณ์กลับกลายเป็นว่าหลุมดำมีอยู่ดาษดื่น น่าจะหลายล้านล้านหลุมด้วยซํ้า ถ้าคิดทั้งเอกภพ

ลำแก๊สร้อนยวดยิ่งจากหลุมดำมหึมาตรงใจกลางดาราจักรเอ็ม87 (M87) พุ่งออกไปไกลหลายพันปีแสง
Nasa / Hubble Heritage Team

 

ไม่มีใครเคยเห็นหลุมดำ และไม่มีใครจะได้เห็นด้วย เพราะไม่มีอะไรให้เห็น หลุมดำเป็นเพียงจุดว่างเปล่าในอวกาศ ว่างแบบไม่มีอะไรเลยจริง ๆ ตามที่นักฟิสิกส์บอก เรารู้ว่ามีหลุมดำจากผลของสิ่งที่มันกระทำต่อสิ่งแวดล้อม

เมื่อคุณถามผู้เชี่ยวชาญว่า เรามั่นใจแค่ไหนว่าหลุมดำมี อยู่จริง คำตอบที่ติดปากคือร้อยละ 99.9 ถ้าตรงใจกลาง ดาราจักรส่วนใหญ่ไม่มีหลุมดำ ก็ต้องมีสิ่งอื่นที่พิลึกยิ่ง กว่า แต่ข้อสงสัยทั้งมวลอาจหายไปได้ภายในอีกไม่กี่เดือนข้างหน้า เพราะนักดาราศาสตร์กำลังจะส่องดูหลุมดำหลุมหนึ่งในขณะที่มันสวาปาม

หลุมดำใจกลางทางช้างเผือกซึ่งห่างจากเรา 26,000 ปีแสง คือหลุมดำคนยิงธนูเอ* (Sagittarius A* เขียน ย่อว่า Sgr A*) ชื่อหลังอ่านว่า เอ-สตาร์ (A-star) ขณะนี้ มันดูสงบและออกจะจู้จี้กับการกิน ขณะที่ดาราจักรอื่น ๆ มีวัตถุจอมเขมือบที่สวาปามทั้งดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ วัตถุนั้นเรียกว่า เควซาร์

แต่หลุมดำคนยิงธนูเอ* กำลังเตรียมตัวกิน มันดูดเมฆแก๊สจี2 (G2) เข้าหาด้วยความเร็วประมาณ 3,000 กิโลเมตร ต่อวินาที ภายในไม่เกินหนึ่งปี เมฆแก๊สจี2 จะไปถึง ขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำ ถึงตอนนั้น กล้องโทร- ทรรศน์วิทยุทั่วโลกจะเล็งไปทางหลุมดำคนยิงธนูเอ* และ ด้วยการรวมสัญญาณจากทุกกล้องเข้าเป็นกล้องโทรทรรศน์ วิทยุเสมือนที่มีขนาดใหญ่เท่าโลกเรียกว่า กล้องโทรทรรศน์ ขอบฟ้าเหตุการณ์ (Event Horizon Telescope) เราจะ สร้างภาพสด ๆ ของหลุมดำ สิ่งที่เห็นจะไม่ใช่ตัวหลุมดำเอง แต่น่าจะเป็นสิ่งที่รู้จักกันในชื่อ จานพอกพูนมวล (accretion disk) หรือเศษซากที่แผ่เป็นวงแหวนรอบหลุมดำ ภาพนี้ น่าจะเป็นหลักฐานเพียงพอถึงการมีอยู่ของหลุมดำ

หลุมดำไม่เพียงมีอยู่จริง แต่ยังอาจช่วยกระจายสสาร ไปในเอกภพอีกด้วย สสารที่หลั่งไหลเข้าสู่หลุมดำจะเสียดสีกันจนร้อนจัด อีกทั้งหลุมดำยังหมุนวนประหนึ่งบ่อนํ้าวน อันลึกลํ้าในห้วงอวกาศ ทั้งความเสียดทานและการหมุนวน ผสมกันทำให้สสารที่ไหลเข้าหาหลุมดำซึ่งอาจมีสัดส่วนมากกว่าร้อยละ 90 ไม่ พุ่งผ่านขอบฟ้าเหตุการณ์ แต่ถูกเหวี่ยงออกไปแทน

สสารร้อนแรงนี้ถูกชักนำเข้าเป็นกระแสลำสสารที่พุ่ง ออกจากหลุมดำสู่อวกาศด้วยความเร็วสูงอย่างเหลือเชื่อ ลำสสารนี้อาจพุ่งทะลุดาราจักรไปไกลหลายล้านปีแสง พูดอีกนัยหนึ่งคือ หลุมดำหมุนปั่นดาวเก่าแก่ในศูนย์กลางดาราจักร แล้วฉีดลำแก๊สร้อนที่เกิดขึ้นในกระบวนการนี้ ออกสู่ส่วนนอกของดาราจักร ในที่สุดแก๊สนั้นจะเย็นลง รวมตัวกัน และเกิดเป็นดาวดวงใหม่ สร้างชีวิตให้ดาราจักรราวกับเป็นนํ้าพุแห่งความเยาว์วัย

 

อ่านเพิ่มเติม : ยลโฉมชุดอวกาศแห่งอนาคตรำลึก 48 ปีของการขึ้นไปเหยียบดวงจันทร์ ด้วยชุดภาพถ่ายหาดูยากจากนาซ่า