อันที่จริงความนึกคิดเกี่ยวกับหลุมดำนี้ ถือกำเนิดมานานนับได้ 203 ปีแล้ว เมื่อ S. Laplace นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสได้คำนวณ พบว่าในกรณีที่ดาวฤกษ์มีมวลมหาศาล มันจะสามารถดึงดูดทุกสรรพสิ่ง (ไม่เว้นแม้แต่แสง) มิให้เล็ดลอดออกมาได้ แต่ก็ไม่มีใครให้ความสนใจ หรือให้น้ำหนักแก่ความคิดนี้เลย เพราะทุกคนคิดไปว่าความคิดของ Laplace เป็นเพียงเทพนิยาย จนกระทั่งถึงเมื่อ 68 ปีก่อนนี้เอง S. Chandrasekhar และ J. Oppenheimer ได้ใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (General Theory of Relativity) ของไอน์สไตน์ (Einstein) ทำนายว่า ในจักรวาลนี้มีหลุมดำมากมาย

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่ไอน์สไตน์สร้างขึ้น เมื่อปี พ.ศ. 2459 เป็นทฤษฎีสำคัญ ที่ช่วยทำให้นักวิทยาศาสตร์ เข้าใจธรรมชาติของหลุมดำ ทฤษฎีนี้ได้เสนอวิธีการค้นหาหลุมดำ โดยให้หลักการว่าการที่หลุมดำ มีแรงดึงดูดแบบโน้มถ่วงที่มากมหาศาล จะทำให้ดาวต่างๆ ที่โคจรอยู่ใกล้หลุมดำมีสิทธิ์ถูกหลุมดำ ดึงดูดเข้าไป คือ "กลืน" ดาวทั้งดวงและทั้งเป็น และเมื่อหลุมดำ "กิน" ดาวเข้าไปแล้วขนาดและมวลของมันก็ จะมากขึ้น หลุมดำจะมีมวลมากเพียงใด ก็ขึ้นกับว่า มันได้ "บริโภค" ดาวเข้าไปมากน้อยเพียงใด ในธรรมชาติเราอาจจะพบหลุมดำ ที่มีมวลมากถึงพันล้านล้านเท่า ของดวงอาทิตย์ และหลุมดำอาจจะมีขนาดใหญ่ เท่าสุริยจักรวาลก็ได้เหมือนกัน

สำหรับขั้นตอนที่หลุมดำ กินดาวทั้งเป็นนั้น นักดาราศาสตร์ได้คาดคะเนว่า เมื่อดาวดวงที่ถึงฆาตซึ่งมีองค์ประกอบ เป็นก๊าซ (เช่น ดวงอาทิตย์ ซึ่งมีองค์ประกอบหลัก คือ ไฮโดรเจน) ถูกหลุมดำกลืน พวยก๊าซจากดาวจะถูกดึงดูด ให้ไหลพุ่งเป็นเกลียวสู่หลุมดำ และเมื่อเกลียวก๊าซยิ่งเข้าใกล้ใจกลาง ของหลุมดำ แรงดึงดูดแบบโน้มถ่วงก็ยิ่งสูง แรงดึงดูดที่มากมหาศาลนี้ จะทำให้ก๊าซมีความเร่งสูงมาก อะตอมของก๊าซจะแตกตัวและก๊าซ ที่ถูกเร่งนี้จะเปล่งรังสีต่างๆ ออกมามากมาย เช่น รังสีเอกซ์ (X-ray) รังสีอัลตราไวโอเลต (ultraviolet) หรือรังสีแกมมา (gamma) เป็นต้น ดังนั้นเมื่อใดก็ตามที่นักดาราศาสตร์สังเกตเห็นรังสีต่างๆ แผ่กระจายจากพวยก๊าซที่กำลังไหลสู่บริเวณที่ดูจากภายนอกเสมือนว่าไม่มีอะไรเลย เขาก็จะอนุมานทันทีว่าบริเวณนั้นมีสิทธิ์เป็นหลุมดำ

ตามปกตินักวิทยาศาสตร์ จะไม่เชื่อในคำพยากรณ์ใดๆ จนกว่าจะมีการทดลอง หรือพิสูจน์ให้เห็นจริง ดังนั้นในกรณีหลุมดำก็เช่นกัน ถึงแม้ว่าทฤษฏีของไอน์สไตน์ที่ประเสริฐ และถูกต้องจะทำนายว่า ในจักรวาลของเรามีหลุมดำ เราก็ยังไม่เชื่อ ยังไม่ยอมรับ 100 เปอร์เซ็นต์ จนกว่าจะมีคน "เห็น" หรือมีหลักฐานที่ แสดงให้เห็นว่าหลุมดำมีจริง

วิธีการที่นักวิทยาศาสตร์ ใช้ในการค้นหาหลุมดำนั้นมีมากมาย นักวิทยาศาสตร์คนใดจะใช้วิธีการใด ก็ขึ้นกับว่า หลุมดำนั้นมีขนาดใหญ่มโหฬารปานใด ในกรณีของหลุมดำที่มีมวลมากว่า ดวงอาทิตย์สิบเท่า ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปทำนายว่า หลุมดำที่มีมวลมากเช่นนี้มักจะเกิดจากการระเบิดของดาวฤกษ์แบบซูเปอร์โนวา (supernova) และขณะมันจบชีวิตเปลือกผิวนอกของดาวจะถูกพลังระเบิดขับให้แตกกระจัดกระจายไปในอวกาศ แต่ส่วนแกนกลางของดาว จะถูกแรงดึงดูดแบบโน้มถ่วงบีบอัด จนกลายสภาพเป็นหลุมดำ ทว่าดาวนิวตรอนซึ่งเป็นดาว ที่ประกอบด้วยอนุภาคนิวตรอนล้วนๆ ถือกำเนิดในลักษณะเดียวกัน (เพียงแต่ว่าแรงดึงดูดแบบโน้มถ่วง ที่ดาวนิวตรอนมีค่าต่ำกว่าแรงดึงดูดของหลุมดำเท่านั้นเอง) ดังนั้นปัญหาจึงมีว่า เวลานักวิทยาศาสตร์เห็นหลุมดำกับดาวนิวตรอนจากตำแหน่งที่อยู่ไกลเป็นล้านปีแสง เขาจะบอกความแตกต่างได้หรือไม่ คำตอบก็คือได้ เพราะดาวนิวตรอนตามปรกติจะมีมวลไม่เกินสามเท่าของดวงอาทิตย์ ดังนั้นวัตถุใดก็ตามที่ตกเป็นผู้ต้องสงสัย แต่นักดาราศาสตร์พบว่ามีมวล มากกว่าสามเท่าของดวงอาทิตย์ วัตถุนั้นก็จะไม่ใช่ดาวนิวตรอนทันที อย่างไรก็ตามยัง มีนักวิทยาศาสตร์หลายคน ที่ชี้ให้เห็นว่าการที่ใครจะกล่าวว่า วัตถุลึกลับใดที่ไม่มีแสงในตัวเอง และมีมวลมากกว่าสามเท่าของดวงอาทิตย์ จัดเป็นหลุมดำทุกครั้งไป ก็ดูเป็นเรื่องที่ไม่น่า จะยอมรับกันง่ายๆ การพิสูจน์การเป็นหลุมดำ จึงต้องอาศัยหลักฐาน มากกว่าตัวเลขมวลอีกหลายประการ

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ ได้แถลงไว้ว่าเวลาก๊าซไหลลง สู่หลุมดำมันจะไหลลงไปเป็นเกลียว วนคล้ายก้นหอย และการไหลนี้จะไหลเป็นระนาบ จึงทำให้พวยก๊าซมีลักษณะคล้ายวงแหวนของดาวเสาร์ โดยก๊าซที่อยู่บริเวณใน ของวงแหวนจะร้อนมากกว่าก๊าซที่อยู่บริเวณ นอกของวงแหวน การมีอุณหภูมิต่ำทำให้ก๊าซ ในบริเวณนอกเปล่งแสง ที่เราสามารถมองเห็นด้วยตาเปล่าได้ ส่วนก๊าซที่อยู่บริเวณในของวงแหวนซึ่งมีอุณหภูมิสูงกว่าเพราะร้อนกว่า จะเปล่งรัวสีเอกซ์ ดังนั้นความสว่างของบริเวณต่างๆ ของวงแหวนจะเป็นตัวดัชนีชี้บอกให้นักวิทยาศาสตร์รู้ว่า ก๊าซที่กำลังไหลเทจากดาวฤกษ์ลงสู่หลุมดำมีปริมาณมากหรือน้อยเพียงใด ในกรณีของหลุมดำขนาดใหญ่ อัตราการไหลของก๊าซ อาจจะคิดเป็นมวลมาก เท่ากับน้ำหนักของดวงอาทิตย์ ถึงล้านล้านดวง/ปี

---

ที่มา : ดร.สุทัศน์ ยกส้าน สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.)