การตรวจจับวงแหวนบางจะยืนยันทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของ บาคาร่า ไอน์สไตน์อีกครั้งวงแหวนของแสงจาง ๆ ที่ล้อมรอบหลุมดำขนาดมหึมาสามารถมองเห็นได้ด้วยความช่วยเหลือของกล้องโทรทรรศน์รุ่นอนาคตในอวกาศ
เรืองแสงรูปโดนัทที่เห็นในภาพแรกของหลุมดำเผยแพร่ในเดือนเมษายน 2019
โดยความร่วมมือ Event Horizon Telescope ( SN: 4/10/19 ) มีความซับซ้อนมากกว่าเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุทั่วโลก แรงโน้มถ่วงของหลุมดำนั้นรุนแรงมากจนอนุภาคของแสงบางส่วนที่เรียกว่าโฟตอนสามารถโคจรรอบหลุมดำระหว่างทางได้ — หรือหนึ่งครั้ง สองครั้งหรือหลายครั้ง — ก่อนที่มันจะหนีไปโดยกล้องโทรทรรศน์ โฟตอนที่โคจรรอบเหล่านั้นสร้าง “วงแหวนโฟตอน” ซึ่งประกอบด้วยชุดของวงแหวนย่อย – วงกลมของแสงที่ปรากฏเป็นลำดับที่บางลงและยากขึ้นสำหรับกล้องโทรทรรศน์ที่จะหยิบออกมา
Michael Johnson นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์แห่ง Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics ในเคมบริดจ์ รัฐแมสซาชูเซตส์ กล่าวว่า “มันเหมือนกับห้องโถงกระจก ซึ่งเราได้ภาพชุดที่ไม่มีที่สิ้นสุด
ตอนนี้จอห์นสันและเพื่อนร่วมงานคำนวณว่าด้วยความช่วยเหลือของกล้องโทรทรรศน์ใหม่ในอวกาศ โฟตอนย่อยตามหลักวิชาสามารถสังเกตได้รอบหลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางกาแลคซี M87 ซึ่งเป็นวัตถุของสแนปชอตหลุมดำแรกนั้น
กล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์หรือ EHT ได้รวมเอาพลังของกล้องโทรทรรศน์ทั่วโลกเข้าด้วยกันโดยใช้เทคนิคที่เรียกว่าอินเตอร์เฟอโรเมทรีที่เส้นฐานที่ยาวมากเพื่อให้พวกมันทำงานเหมือนกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่กว่า ( SN: 4/10/19 ) แต่หากต้องการแหย่รายละเอียดเพิ่มเติม เช่น วงแหวนย่อยของหลุมดำ นักวิจัยจำเป็นต้องเพิ่มกล้องโทรทรรศน์ที่แยกจากกันด้วยระยะทางที่ไกลกว่านั้นอีก
กล้องโทรทรรศน์วิทยุที่โคจรรอบโลกสามารถจับภาพกลุ่มย่อยแรกได้ทีมรายงานวันที่ 18 มีนาคมในScience Advances แต่การสังเกตวงแหวนย่อยที่สองจะต้องใช้กล้องโทรทรรศน์ที่อยู่ไกลกว่านั้น – บนดวงจันทร์ วงแหวนย่อยที่สามสามารถตรวจพบได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์ไกลออกไปอีก 1.5 ล้านกิโลเมตรจากโลก
ก่อนหน้านี้นักวิทยาศาสตร์ได้เสนอกล้องโทรทรรศน์ดังกล่าว แต่แผนยังไม่หลุดจากพื้น จอห์นสันกล่าวว่าการศึกษาครั้งใหม่นี้ให้แรงจูงใจใหม่ในการเพิ่มกล้องโทรทรรศน์บนอวกาศให้กับเครือข่ายของ EHT
แม้ว่า EHT จะไม่ถ่ายภาพวงแหวนย่อยโดยตรง
แต่ก็สามารถตรวจจับการมีอยู่ของมันได้ การตรวจจับดังกล่าวจะยืนยันทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์อีกครั้ง ซึ่งเป็นทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ซึ่งทำนายการมีอยู่ของวงแหวน นอกจากนี้ยังช่วยให้สามารถวัดมวลของหลุมดำได้ดีขึ้นและความเร็วในการหมุนของหลุมดำ
Avi Loeb นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการวิจัยกล่าว แนวคิด “จะเป็นเรื่องที่ท้าทาย แต่ก็เป็นสิ่งที่รอคอย” “มันเป็นเป้าหมายที่น่าตื่นเต้นสำหรับคนรุ่นต่อไป”
นักวิจัยทำการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ซึ่งชี้ให้เห็นว่าคลื่นกระแทกมีบริเวณการเปลี่ยนแปลงซึ่งสนามแม่เหล็กจะปั่นป่วนและยุ่งเหยิง นั่นบ่งบอกว่าสนามปั่นป่วนคือเจ็ตสกี: อนุภาคบางส่วนกระจัดกระจายอยู่ในนั้น ทำให้มีพลังงานเพียงพอที่จะข้ามคลื่นกระแทก
เวลาที่แสงอนุภาคเดียวไหลผ่านโมเลกุลไฮโดรเจนปัจจุบันเป็นระยะเวลาสั้นที่สุดที่เคยวัดได้
นัก วิจัย รายงานใน ช่วงเวลานี้ประมาณ 247 เซปโตวินาทีหรือล้านล้านในหนึ่งพันล้านวินาที สำหรับการเปรียบเทียบ มีเซปโตวินาทีในหนึ่งวินาทีเท่ากับวินาทีที่อายุ 2,500 เท่าของจักรวาล ซึ่งมีอายุประมาณ 13.8 พันล้านปี การสังเกตครั้งใหม่นี้ทำให้นักฟิสิกส์ได้เห็นปฏิสัมพันธ์ของสสารแสงในรายละเอียดในระดับใหม่ทั้งหมด
นักฟิสิกส์ส่องแสงอนุภาคของแสงเอ็กซ์เรย์บนโมเลกุลไฮโดรเจนในก๊าซ เมื่ออนุภาคแสงหรือโฟตอนแต่ละอนุภาคข้ามโมเลกุล H 2มันจึงบูตอิเล็กตรอนจากอะตอมไฮโดรเจนหนึ่งจากนั้นอีกอะตอมหนึ่ง เนื่องจากอิเล็กตรอนสามารถแสดงพฤติกรรมเหมือนคลื่นได้ ( SN: 5/3/19 ) เหตุการณ์การดีดออกสองครั้งจึงทำให้เกิดคลื่นอิเล็กตรอนที่กระจายออกไปและรวมกัน ซึ่งคล้ายกับคลื่นที่เกิดจากหินที่กระโดดข้ามสระน้ำสองครั้ง ยอดและร่องที่ทับซ้อนกันของคลื่นเหล่านั้นสร้างรูปแบบการรบกวนซึ่งนักวิจัยสังเกตโดยใช้เครื่องมือที่เรียกว่ากล้องจุลทรรศน์ปฏิกิริยา ( SN: 11/5/10 )
หากคลื่นอิเล็กตรอนเกิดขึ้นพร้อมกัน รูปแบบการรบกวนจะสมมาตรรอบศูนย์กลางของโมเลกุล H 2 แต่เนื่องจากคลื่นอิเล็กตรอนตัวหนึ่งก่อตัวขึ้นก่อนอีกคลื่นเล็กน้อย และมีเวลามากขึ้นในการแพร่กระจาย รูปแบบจึงเปลี่ยนไปสู่คลื่นลูกที่สอง ผู้เขียนร่วมการศึกษา Sven Grundmann นักฟิสิกส์จาก Goethe University ในแฟรงค์เฟิร์ต ประเทศเยอรมนี กล่าว
การเปลี่ยนแปลงนี้ทำให้นักวิจัยคำนวณการหน่วงเวลา 247-zeptosecond ระหว่างการปล่อยคลื่นอิเล็กตรอนทั้งสอง ซึ่งตรงกับความคาดหวังของทีมโดยพิจารณาจากความเร็วของแสงและเส้นผ่านศูนย์กลางที่ทราบของโมเลกุลไฮโดรเจน บาคาร่า
