เส้นแบ่งอยู่ตรงไหน
ขอบฟ้าคือระยะจากศูนย์กลางที่ความเร็วหลุดพ้นเท่ากับความเร็วแสง ภายในระยะนั้นไม่มีสิ่งใดออกมาได้ - ไม่ใช่เพราะมีอะไรรั้งสัญญาณไว้ แต่เพราะ ทุกวิถีเคลื่อนไปข้างใน ที่เส้นแบ่งเองไม่มีสสารอยู่เลย มันคือเรขาคณิตล้วนๆ ของอวกาศว่างเปล่า
รัศมีของขอบฟ้ากำหนดโดยมวล และเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนของมวล ถ้าบีบโลกให้เป็นหลุมดำ เส้นแบ่งจะเป็นทรงกลมขนาดเท่าลูกเชอร์รี ดวงอาทิตย์ในกรณีเดียวกันจะเป็นทรงกลมรัศมีราว 3 กิโลเมตร ส่วนแซจิแทเรียส A* ที่ใจกลางกาแล็กซีของเรา ซึ่งมีมวลราว 4 ล้านเท่าของดวงอาทิตย์ ขอบฟ้าจะอยู่ห่างออกไป 12 ล้านกิโลเมตร
เส้นนี้ไม่มีสัญญาณบอกเฉพาะที่ เครื่องมือบนยานที่กำลังตกจะไม่แสดงอะไรเลย และคุณคำนวณตำแหน่งขอบฟ้าจากบริเวณใกล้เคียงเพียงแห่งเดียวไม่ได้ เพราะมันขึ้นอยู่กับอนาคตทั้งหมดของหลุมดำ ถ้าอีก 1 ปีเมฆก๊าซตกลงไปในมัน ขอบฟ้าจะเริ่มขยายล่วงหน้า
ทำไมผู้ที่ตกลงไปไม่รู้สึกตอนข้าม
สิ่งที่อันตรายไม่ใช่เส้นแบ่งเอง แต่คือความต่างของแรงโน้มถ่วง: เท้าถูกดึงแรงกว่าศีรษะ จนร่างกายถูกยืด ที่ขอบฟ้า ความต่างนี้ยิ่งน้อยเมื่อหลุมดำยิ่งมีมวลมาก ใกล้หลุมดำมวลดาวฤกษ์ คนคนหนึ่งจะถูกฉีกออกก่อนถึงขอบฟ้าหลายร้อยกิโลเมตร แต่สำหรับหลุมดำมวลยิ่งยวด การยืดที่เส้นแบ่งน้อยมากจนคุณไม่รู้สึก - การฉีกขาดจะเกิดทีหลัง ลึกเข้าไปข้างใน
การข้ามเส้นแบ่งจะรู้สึกได้มากแค่ไหน สำหรับผู้ที่ตกสู่หลุมดำมวลยิ่งยวด
แต่ถึงอย่างนั้น ทุกอย่างก็เปลี่ยนไปแล้ว หลังขอบฟ้า คำว่า “ออกไปข้างนอก” ไม่ใช่ทิศทางในอวกาศอีกต่อไป แต่กลายเป็นทิศทางในเวลา: การเคลื่อนออกจากศูนย์กลางที่นั่นเป็นไปไม่ได้ พอๆ กับการไปยังเมื่อวานที่นี่ สัญญาณที่ส่งย้อนกลับก็ยังเคลื่อนลึกเข้าไป
สิ่งที่เห็นจากภายนอก
จากภายนอก ภาพจะตรงกันข้าม ยิ่งวัตถุเข้าใกล้ขอบฟ้า นาฬิกาของมันยิ่งเดินช้าลงสำหรับผู้สังเกตการณ์ที่อยู่ไกล และแสงของมันยิ่งแดงขึ้น ในทางทฤษฎี ภาพของมันจะไม่ข้ามเส้นแบ่งเลย แต่หยุดนิ่งอยู่ที่ขอบตลอดไป
แต่คำว่า “ตลอดไป” ในที่นี้หมายถึง “มองไม่เห็น” ความสว่างลดลงแบบเอ็กซ์โพเนนเชียลและรวดเร็วมาก: สำหรับหลุมดำมวลดาวฤกษ์ ภาพจะดับในไม่กี่มิลลิวินาที ส่วนหลุมดำมวลยิ่งยวดใช้เวลาไม่กี่นาที ไม่มีใครเห็นเปลือกสว่างจากสสารที่ค้างอยู่บนขอบฟ้า
ความสว่างของวัตถุที่ตกลงไปสำหรับผู้สังเกตการณ์ภายนอก: แต่ละขั้นจางลง 3 เท่า
วงแหวนสีส้มในภาพหลุมดำก็ไม่ใช่ขอบฟ้าเช่นกัน จุดมืดตรงกลางมีรัศมีใหญ่กว่าขอบฟ้าราว 2,6 เท่า: แสงที่ผ่านใกล้ๆ จะโค้งวนรอบหลุมดำ และทัศนศาสตร์นี้กำหนดขอบของเงา ทั้งหมดนี้คือคำทำนายของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ส่วนสิ่งที่เกิดขึ้นที่ขอบฟ้าเมื่อคำนึงถึงผลควอนตัม นักฟิสิกส์ยังถกเถียงกันอยู่
อ่านต่อให้จบในแอป Miqo
อีก 1 นาที แล้วปิดท้ายด้วยแบบทดสอบ ดูได้ในหมวด “อวกาศ → หลุมดำ”
เล็งกล้องโทรศัพท์มาที่นี่เพื่อเปิด App Store หรือ Google Play
แหล่งอ้างอิง
- ขนาดของขอบฟ้า - คำตอบชวาร์ซชิลด์ (1916) ภาพเงา - Event Horizon Telescope: M87* (2019), แซจิแทเรียส A* (2022)