หลุมดำดูดแสงไว้ได้อย่างไร และทำไมมันไม่ใช่เครื่องดูดฝุ่นของจักรวาล

หลุมดำถูกเล่าเหมือนสัตว์ประหลาดที่ดูดทุกอย่างในจักรวาล ความจริงคือมันเป็นเรื่องของความหนาแน่นและความเร็วหลุดพ้น ไม่ใช่แรงดูดพิเศษอะไร

ความเร็วหลุดพ้นคือหัวใจของเรื่อง

จรวดที่จะหนีแรงโน้มถ่วงโลกต้องทำความเร็วราว 11.2 กิโลเมตรต่อวินาที ตัวเลขนี้เรียกว่าความเร็วหลุดพ้น และขึ้นกับสองอย่างคือมวลของวัตถุกับระยะจากจุดศูนย์กลาง

ยิ่งอัดมวลเท่าเดิมให้เล็กลง ความเร็วหลุดพ้นที่ผิวก็ยิ่งสูงขึ้น ถ้าอัดจนความเร็วหลุดพ้นเกินความเร็วแสง แสงก็ออกมาไม่ได้ วัตถุนั้นจึงกลายเป็นสีดำสนิท

ขอบเขตที่ความเร็วหลุดพ้นเท่ากับความเร็วแสงเรียกว่าขอบฟ้าเหตุการณ์ (event horizon) ไม่ใช่พื้นผิวจริงๆ แต่เป็นเส้นแบ่งว่าเลยไปแล้วไม่มีทางกลับ

ถ้าอัดโลกทั้งดวงให้เป็นหลุมดำ รัศมีขอบฟ้าเหตุการณ์จะเล็กเพียงราว 9 มิลลิเมตร

ทำไมไม่ใช่เครื่องดูดฝุ่น

ถ้าเปลี่ยนดวงอาทิตย์เป็นหลุมดำที่มีมวลเท่ากันตอนนี้ วงโคจรของโลกจะไม่เปลี่ยนเลย เพราะแรงโน้มถ่วงขึ้นกับมวล ซึ่งเท่าเดิม สิ่งที่เปลี่ยนคือความมืดและความหนาว

วัตถุจะตกเข้าหลุมดำได้ก็ต่อเมื่อเข้าใกล้มากพอในทิศที่เหมาะ เหมือนดาวเทียมจะตกลงโลกก็ต้องเสียความเร็วในวงโคจรก่อน หลุมดำจึงไม่ได้เที่ยวดูดกลืนดาวไปทั่ว

เราถ่ายรูปมันได้แล้ว

ปี 2019 เครือข่ายกล้อง Event Horizon Telescope เผยภาพแรกของหลุมดำมวลยิ่งยวดในกาแล็กซี M87 และปี 2022 เผยภาพของ Sagittarius A* ที่ใจกลางทางช้างเผือกของเราเอง ซึ่งมีมวลราว 4 ล้านเท่าของดวงอาทิตย์

ภาพที่เห็นไม่ใช่ตัวหลุมดำ แต่คือแสงจากแก๊สร้อนจัดที่หมุนวนรอบๆ ก่อนตกลงไป โดยมีเงามืดตรงกลางคือบริเวณที่แสงหนีออกมาไม่ได้

เวลาเดินช้าลงจริง

ยิ่งอยู่ใกล้มวลมาก เวลายิ่งเดินช้าลงเมื่อเทียบกับผู้สังเกตที่อยู่ไกล ถ้ามีคนตกลงหลุมดำ คนที่มองจากระยะปลอดภัยจะเห็นภาพเขาช้าลงเรื่อยๆ แดงลงเรื่อยๆ และหยุดค้างที่ขอบฟ้าเหตุการณ์ ขณะที่คนตกเองรู้สึกว่าเวลาเดินปกติและผ่านขอบไปเลย

เกร็ดปิดท้าย

สตีเฟน ฮอว์คิงเสนอในปี 1974 ว่าหลุมดำไม่ได้ดำสนิทถาวร มันปล่อยรังสีอ่อนมากออกมาได้ตามกลศาสตร์ควอนตัม เรียกว่ารังสีฮอว์คิง ผลคือหลุมดำระเหยหายได้ในที่สุด แต่ช้าเหลือเชื่อ หลุมดำระดับมวลดาวจะใช้เวลานานกว่าอายุปัจจุบันของจักรวาลอย่างเทียบกันไม่ได้