หลุมดำ
- 1. หลุมดำ (Black Hole)
1.หลุมดำคืออะไร
หมายถึงเทหวัตถุในเอกภพที่มีแรงโน้มถ่วงสูงมากไม่มีอะไรออกจากบริเวณนี้ได้แม้แต่แสง
เราจึงมองไม่เห็นใจกลางของหลุมดา
หลุมดาจะมีพื้นที่หนึ่งที่เป็นขอบเขตของตัวเองเรียกว่าขอบฟ้าเหตุการณ์(EventHorizon)
ที่ตาแหน่งรัศมีชวาร์สชิลด์(Schwarzchild Radius) ถ้าหากวัตถุหลุดเข้าไปในขอบฟ้าเหตุการณ์
วัตถุจะต้องเร่งความเร็วให้มากกว่าความเร็วแสงจึงจะหลุดออกจากขอบฟ้าเหตุการณ์ได้
แต่เป็นไปไม่ได้ที่วัตถุใดจะมีความเร็วมากกว่าแสงวัตถุนั้นจึงไม่สามารถออกมาได้อีกต่อไป
เมื่อดาวฤกษ์ที่ มีมวลมหึมาแตกดับลงมันอาจจะทิ้งสิ่งที่ดามืดที่สุด
ทว่ามีอานาจทาลายล้างสูงสุดไว้เบื้องหลังนักดาราศาสตร์เรียกสิ่งนี้ว่า “หลุมดา”
2.กำรเกิดหลุมดำ
การเกิดหลุมดาในเอกภพโดยทั่วไปก็คือการเกิดการยุบตัวด้วยแรงโน้มถ่วง(Gravitational
Collapse) ของดวงดาว(ดาวฤกษ์)
เพราะว่าดวงดาวที่มีอยู่ในเอกภพจะอยู่ในสภาพที่มีสมดุลระหว่างแรง 2
ชนิดที่มีอยู่ในตัวมันเองก็คือแรงผลักออกจากการที่มีปฏิกิริยานิวเคลียร์(NuclearReaction)
ที่อยู่ในใจกลางของดวงดาวและแรงดึงดูดเข้าสู่ศูนย์กลางที่เกิดจากขนาดของมวล
(Gravitatational Pull) ซึ่งเมื่อดวงดาวได้เผาผลาญพลังงานนิวเคลียร์ภายในของมันจนหมด
แรงผลักออกก็ไม่สามารถที่จะต้านแรงดึงเข้าสู่จุดศูนย์กลางได้
ก็จึงทาให้เกิดการยุบตัวด้วยแรงโน้มถ่วงนั่นเอง
ดวงอาทิตย์ของเราในระบบสุริยะก็สามารถยุบตัวเป็นหลุมดาได้
แต่ยังเป็นเวลาอีกนานมากเพราะมันจะต้องผ่านการวิวัฒนาการอีกหลายขั้นตอน
โดยปกติการยุบตัวของดวงดาวจะมีความสมมาตรเชิงทรงกลม(SphericalSymmetry)
เพราะเป็นการยุบเข้าสู่ใจกลางโดยตรงซึ่งก็จะเกิดเป็นหลุมดาชนิดที่ง่ายที่สุดที่เรียกว่า
หลุมดาชว๊าซชิลด์(SchwarzschildBlack Holes)
ถ้าการยุบตัวของหลุมดามีประจุติดไปด้วยและยังมีความสมมาตรเชิงทรงกลม
เราจะได้หลุมดาที่เรียกว่าหลุมดาไรส์เนอร์-นอร์ดสเตริม (Reissner-Nordstrom black holes)
- 2. และถ้าในระหว่างการยุบตัวมีการหมุนเข้ามาเกี่ยวข้องผลลัพธ์ที่ได้จะเป็นหลุมดาเคอร์(Kerr
black hole) และถ้าการยุบตัวแบบนี้มีประจุรวมอยู่ด้วยเราจะเรียกมันว่าหลุมดาเคอร์-นิวแมน
(Kerr-Newman black hole) สาหรับการยุบตัวที่ไม่มีสมมาตรเชิงทรงกลม(non-spherical
symmetry) จะเกิดการแผ่คลื่นแรงโน้มถ่วง(gravitationalwaves)
ชื่อของหลุมดาประจุ(Q) โมเมนตัมเชิงมุม (L)
หลุมดาชวาซชิลด์(Schwarzschildblack holes) ไม่มี ไม่มี
หลุมดาเคอร์(Kerr black holes) ไม่มี มี
หลุมดาไรส์เนอร์-นอร์ดสเตริม (Reissner-Nordstr?m black holes) มี ไม่มี
หลุมดาเคอร์-นิวแมน(Kerr-Newman black holes) มี มี
3.ประเภทของหลุมดำ
1.หลุมดาจิ๋ว(Mini black holes) หลุมดาพวกนี้ มีขนาดราว 10-15
เมตรเป็นหลุมดาที่มีมวลเพียงไม่กี่ร้อยล้านตันมีขนาดเล็กเพียงขนาดของอะตอมเท่านั้น
เกิดขึ้นหลังจากเกิดบิ๊กแบงได้ไม่นานหลุมดาชนิดนี้จะมีอายุสั้นและจะสลายตัวด้วยการระเบิด
แล้วปลดปล่อยรังสีแกมมาออกมา
2.หลุมดาที่เกิดจากวิวัฒนาการของดวงดาวหรือหลุมดาที่ เกิดจากดาวฤกษ์ที่ตายแล้ว(Stellar
black holes) เมื่อดาวฤกษ์ที่มวลมากๆถึงคราวหมดอายุไขจะเกิดการระเบิดเป็นซูเปอร์โนวา
หากหลังการระเบิดยังหลงเหลือมวลสารที่ใจกลางของดาวมากกว่า3เท่าของดวงอาทิตย์
มวลใจกลางดาวนั้นจะยุบตัวต่อลงเป็นหลุมดา
หลุมดาประเภทนี้เกิดจากดาวยักษ์แดง(Redgiantstars) ที่มีมวลมากกว่า3เท่าของ
มวลของดวงอาทิตย์ตามวิวัฒนาการของดวงดาว(Stellar evolution)
ส่วนดาวที่มีมวลน้อยกว่านี้ก็จะวิวัฒนาการไปสู่ดาวแคระขาว(whitedwarfs) หรือ
ดาวนิวตรอน(neutron stars) หลุมดาประเภทนี้เกิดจากการที่ดาวฤกษ์เผาผลาญพลังงานทุกอย่าง
จนหมดสิ้นทาให้เกิดการยุบตัวเป็นsingularity (หมายถึงบริเวณที่เป็นอนันต์)
ซึ่งถือว่าเป็นจุดตรงกลางของหลุมดาในทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของไอสไตน์ singularity
- 3. จะเกิดขึ้นได้เมื่อดวงดาวได้ยุบตัวจนถึงรัศมีชว๊าซชิลด์(Schwarzschildradius) หรือ เรียกว่า
ขอบเขตแห่งเหตุการณ์(Eventhorizon) ซึ่งเป็นขอบเขตที่ไม่มีอะไรสามารถหลุดพ้นออกมาได้
(ยกเว้นแต่ว่าใครจะทาความเร็วได้มากกว่าความเร็วแสง
แต่ความเป็นไปได้ก็ถูกจากัดโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของไอสไตน์ที่กล่าวว่า
ไม่มีสิ่งใดที่สามารถเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าความเร็วแสง)
3.หลุมดายักษ์หรือหลุมดามวลยิ่งยวด(Supermassiveblackholes)
หลุมดาจาพวกนี้จะมีมวลมากมายมหาศาล
อาจมีมวลมากนับเป็นหลายพันล้านเท่าของดวงอาทิตย์
ส่วนใหญ่จะพบหลุมดามวลยิ่งยวดอยู่ใจกลางของควอซ่าร์(Quasars) ซึ่งเป็นใจกลางของ galaxy
ที่มีการระเบิดเกิดขึ้นและมันดูดดาวจานวนนับพันล้านดวงรวมถึงก๊าซและฝุ่นในอวกาศ
หรือแม้กระทั่งดาวเคราะห์เข้าไปด้วยเหตุนี้จึงเรียกว่าหลุมดามวลยิ่งยวด
4.ผลของการตกลงไปในหลุมดา
ในส่วนนี้จะเป็นการอธิบายว่าจะเกิดอะไรขึ้นถ้ามีบางสิ่งตกลงไปในหลุมดาชวาร์สชิลด์
ที่เป็นเป็นไม่หมุนและไม่มีประจุ
ส่วนหลุมดาที่หมุนและมีประจุจะมีความยุ่งยากที่เพิ่มขึ้นมาเมื่อตกลงไป
– กระบวนกำรสปำเกตตี้
วัตถุที่อยู่ภายใต้แรงดึงดูดขนาดใหญ่จะสัมผัสได้ถึงแรงไทดอล(tidalforce)
ที่ทาให้มันไปในทิศทางของวัตถุที่ก่อให้เกิดสนามโน้มถ่วง
นี่อาจจะเกิดจากกฎกาลังสองผกผันทาให้ส่วนที่ใกล้กว่าของวัตถุที่ถูก
แผ่ออกสัมผัสกับแรงดึงดูดได้เร็วกว่าส่วนที่อยู่ไกลกว่าใกล้ๆกับหลุมดา
แรงไทดอลจะถูกคาดหวังว่าจะเพียงพอที่จะทาให้วัตถุตกลงไปไม่ว่าจะเป็นอะตอม
หรือนิวคลีออน เรียกปรากฏการณ์นี้ว่ากระบวนการสปาเกตตี้(spaghettification)
กระบวนการสปาเกตตี้ นี้จะเริ่มจากวัตถุที่ตกลงไปในหลุมดาจะแยกเป็นสองส่วน
และจากนั้นแต่ละส่วนก็จะแยกออกเป็นอีกสองส่วนรวมเป็นสี่แล้วก็แยกเป็นแปด
กระบวนการแยกออกเป็นสอง(bifurcation) นี้จะดาเนินไปเรื่อย ๆ
