หลุมดำ

หลุมดำ

        เทหวัตถุในเอกภพที่มีแรงโน้มถ่วงสูงมาก ไม่มีอะไรออกจากบริเวณนี้ได้แม้แต่แสง เราจึงมองไม่เห็นใจกลางของหลุมดำ หลุมดำจะมีพื้นที่หนึ่งที่เป็นขอบเขตของตัวเองเรียกว่าขอบฟ้าเหตุการณ์ (Event Horizon) ที่ตำแหน่งรัศมีชวาร์สชิลด์ (Schwarzchild Radius) ถ้าหากวัตถุหลุดเข้าไปในขอบฟ้าเหตุการณ์ วัตถุจะต้องเร่งความเร็วให้มากกว่าความเร็วแสงจึงจะหลุดออกจากขอบฟ้าเหตุการณ์ได้ แต่เป็นไปไม่ได้ที่วัตถุใดจะมีความเร็วมากกว่าแสง วัตถุนั้นจึงไม่สามารถออกมาได้อีกต่อไป เมื่อดาวฤกษ์ที่ มีมวลมหึมาแตกดับลง มันอาจจะทิ้งสิ่งที่ดำมืดที่สุด ทว่ามีอำนาจทำลายล้างสูงสุดไว้เบื้องหลัง นักดาราศาสตร์เรียกสิ่งนี้ว่า “หลุมดำ”

       การเกิดหลุมดำในเอกภพโดยทั่วไปก็คือการ เกิดการยุบตัวด้วยแรงโน้มถ่วง (Gravitational Collapse) ของดวงดาว (ดาวฤกษ์) เพราะว่าดวงดาวที่มีอยู่ในเอกภพจะอยู่ในสภาพที่มีสมดุลระหว่างแรง 2 ชนิดที่มีอยู่ในตัวมันเองก็คือ แรงผลักออกจากการที่มีปฏิกิริยานิวเคลียร์ (Nuclear Reaction) ที่อยู่ในใจกลางของดวงดาว และแรงดึงดูดเข้าสู่ศูนย์กลางที่เกิดจากขนาดของมวล (Gravitatational Pull) ซึ่งเมื่อดวงดาวได้เผาผลาญพลังงานนิวเคลียร์ภายในของมันจนหมด แรงผลักออกก็ไม่สามารถที่จะต้านแรงดึงเข้าสู่จุดศูนย์กลางได้ ก็จึงทำให้เกิดการยุบตัวด้วยแรงโน้มถ่วงนั่นเอง ดวงอาทิตย์ของเราในระบบสุริยะก็สามารถยุบตัวเป็นหลุมดำได้ แต่ยังเป็นเวลาอีกนานมากเพราะมันจะต้องผ่านการวิวัฒนาการอีกหลายขั้นตอน โดยปกติการยุบตัวของดวงดาวจะมีความสมมาตรเชิงทรงกลม (Spherical Symmetry) เพราะเป็นการยุบเข้าสู่ใจกลางโดยตรง ซึ่งก็จะเกิดเป็นหลุมดำชนิดที่ง่ายที่สุดที่เรียกว่า หลุมดำชว๊าซชิลด์ (Schwarzschild Black Holes) ถ้าการยุบตัวของหลุมดำมีประจุติดไปด้วยและยังมีความสมมาตรเชิงทรงกลม เราจะได้หลุมดำที่เรียกว่า หลุมดำไรส์เนอร์-นอร์ดสเตริม (Reissner-Nordstrom black holes) และถ้าในระหว่างการยุบตัวมีการหมุนเข้ามาเกี่ยวข้อง ผลลัพธ์ที่ได้จะเป็นหลุมดำเคอร์ (Kerr black hole) และถ้าการยุบตัวแบบนี้มีประจุรวมอยู่ด้วยเราจะเรียกมันว่าหลุมดำเคอร์-นิวแมน (Kerr-Newman black hole) สำหรับการยุบตัวที่ไม่มีสมมาตรเชิงทรงกลม (non-spherical symmetry) จะเกิดการแผ่คลื่นแรงโน้มถ่วง (gravitational waves)

ประเภทของหลุมดำ

1.หลุมดำจิ๋ว (Mini black holes) หลุมดำพวกนี้ มีขนาดราว 10-15 เมตรเป็นหลุมดำที่มีมวลเพียงไม่กี่ร้อยล้านตัน มีขนาดเล็กเพียงขนาดของอะตอมเท่านั้น เกิดขึ้นหลังจากเกิดบิ๊กแบงได้ไม่นาน หลุมดำชนิดนี้จะมีอายุสั้นและจะสลายตัวด้วยการระเบิด แล้วปลดปล่อยรังสีแกมมาออกมา

2.หลุมดำที่เกิดจากวิวัฒนาการของดวงดาวหรือหลุมดำที่ เกิดจากดาวฤกษ์ที่ตายแล้ว(Stellar black holes) เมื่อดาวฤกษ์ที่มวลมาก ๆ ถึงคราวหมดอายุไข จะเกิดการระเบิดเป็น ซูเปอร์โนวา หากหลังการระเบิดยังหลงเหลือมวลสารที่ใจกลางของดาวมากกว่า 3 เท่าของดวงอาทิตย์ มวลใจกลางดาวนั้นจะยุบตัวต่อลงเป็นหลุมดำ

หลุมดำประเภทนี้เกิดจากดาวยักษ์แดง (Red giant stars) ที่มีมวลมากกว่า 3 เท่าของ มวลของดวงอาทิตย์ตามวิวัฒนาการของดวงดาว (Stellar evolution) ส่วนดาวที่มีมวลน้อยกว่านี้ก็จะวิวัฒนาการไปสู่ ดาวแคระขาว (white dwarfs) หรือ ดาวนิวตรอน (neutron stars) หลุมดำประเภทนี้เกิดจากการที่ดาวฤกษ์เผาผลาญพลังงานทุกอย่าง จนหมดสิ้นทำให้เกิดการยุบตัวเป็น singularity (หมายถึงบริเวณที่เป็นอนันต์) ซึ่งถือว่าเป็นจุดตรงกลางของหลุมดำ ในทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของไอสไตน์ singularity จะเกิดขึ้นได้เมื่อดวงดาวได้ยุบตัวจนถึง รัศมีชว๊าซชิลด์ (Schwarzschild radius) หรือ เรียกว่า ขอบเขตแห่งเหตุการณ์ (Event horizon) ซึ่งเป็นขอบเขตที่ไม่มีอะไรสามารถ หลุดพ้นออกมาได้ (ยกเว้นแต่ว่าใครจะทำความเร็วได้มากกว่าความเร็วแสง แต่ความเป็นไปได้ก็ถูกจำกัดโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของไอสไตน์ที่กล่าวว่า ไม่มีสิ่งใดที่สามารถเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าความเร็วแสง )

3.หลุมดำยักษ์หรือหลุมดำมวลยิ่งยวด(Supermassive black holes) หลุมดำจำพวกนี้จะมีมวลมากมายมหาศาล อาจมีมวลมากนับเป็นหลายพันล้านเท่าของดวงอาทิตย์ ส่วนใหญ่จะพบหลุมดำมวลยิ่งยวดอยู่ใจกลางของควอซ่าร์ (Quasars) ซึ่งเป็นใจกลางของ galaxy ที่มีการระเบิดเกิดขึ้น และมันดูดดาวจำนวนนับพันล้านดวง รวมถึงก๊าซและฝุ่น ในอวกาศ หรือแม้กระทั่งดาวเคราะห์เข้าไป ด้วยเหตุนี้จึงเรียกว่าหลุมดำมวลยิ่งยวด