สตีเฟ่น ฮอว์กิ้ง อัจฉริยะร่างพิการ จักรวาลวิทยา และอนาคต

ลำดับตอนที่ #4 : “หลุมดำ” จิ๊กซอว์แห่งอดีตและอนาคตของจักรวาล

“หลุมดำ” จิ๊กซอว์แห่งอดีตและอนาคตของจักรวาล

โดย ผู้จัดการออนไลน์

18 กรกฎาคม 2547 03:57 น.

1 | 2

หน้าถัดไป

ภาพจำลองหลุมดำ และการผ่านของแสงในอวกาศ

              ในช่วงเวลาหลายสิบปีที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างทฤษฎีขึ้นเพื่อทำนายและอธิบายธรรมชาติ ในบรรดาทฤษฎีทั้งหมดนั้นที่น่ามหัศจรรย์ที่สุดคงจะเป็นคำทำนายการมีอยู่ของวัตถุลึกลับ ที่รู้จักกันในนาม "หลุมดำ" หรือ "Black Hole"
       
       หลุมดำ คือหลุมในอวกาศที่เป็นสุสานของทุกๆ สิ่งที่หลงเข้าไปใกล้รัศมีแรงโน้มถ่วงของมัน ไม่มีสิ่งใดในจักรวาลที่จะหนีพ้นแรงดึงดูดมหาศาลของมันได้แม้แต่แสงสว่าง คำเล่าขานเกี่ยวกับเรื่องราวอันมหัศจรรย์ของหลุมดำทำให้ผู้คนทั้วไปยากที่จะเชื่อว่ามันมีอยู่จริงในธรรมชาติ ส่วนใหญ่มักเชื่อว่าเป็นเพียงนิยายวิทยาศาสตร์ หรือเป็นจินตนาการที่ไม่เป็นจริง
       
       แต่นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกต่างพากันเชื่อมั่นว่าหลุมดำมีอยู่จริง ไม่ใช่เป็นเพียงสมการทางคณิตศาสตร์ ยิ่งไปกว่านั้นมันยังอยู่ใกล้ตัวเรามากกว่าที่หลายๆ คนคิด คำทำนายจากทฤษฎีฟิสิกส์ขั้นสูงระบุว่าหลุมดำไม่ได้เป็นเพียงแค่ดาวยักษ์สีดำที่คอยจ้องจะกลืนกินทุกสิ่งที่เข้าใกล้เท่านั้น แต่ยังมีหลุมดำขนาดจิ๋ว ที่เล็กจนสามารถซ่อนในวัตถุต่างๆ ในโลกของเรา
       
       รู้จักกำเนิดของดาวก่อนก้าวไปสู่หลุมดำ
       
       ตามทฤษฎีฟิสิกส์ “หลุมดำ” นั้นก็เปรียบได้กับดาวฤกษ์ที่ตายดับแล้ว ซึ่งดาวที่จะกลายเป็นหลุมดำได้นั้นคือ "ดาวฤกษ์" หรือดาวที่มีแสงสว่างในตัวเอง เช่น ดวงอาทิตย์ซึ่งเป็นก้อนก๊าซร้อนๆ ที่ลอยเคว้งคว้างอยู่ในอวกาศ โดยมีไฮโดรเจนและฮีเลียมเป็นองค์ประกอบหลัก พลังงานที่เราได้รับจากดวงอาทิตย์นั้นเกิดจากปฏิกริยานิวเคลียร์ที่ในแกนกลางของดาว ซึ่งปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่ว่านี้นอกจากจะให้แสงสว่างแล้ว ยังทำให้เกิดแรงดันมหาศาลจากภายในดาวซึ่งจะทำหน้าที่พยุงไม่ให้ดาวทั้งดวงเกิดการยุบตัวลง
       
       เหตุที่ดาวต้องยุบตัวลงนั้น เพราะว่าตามธรรมชาติแล้ววัตถุทุกชนิดจะมีแรงดึงดูดระหว่างกัน แรงดึงดูดนี้ขึ้นกับมวลของวัตถุนั้นๆ ยิ่งมีมวลมากแรงก็จะยิ่งมาก ดวงดาวต่างๆ ที่เราเห็นบนท้องฟ้านั้น มีมวลมากมายมหาศาล แต่ละอณูแต่ละโมเลกุลของมันก็จะดึงดูดกันและกัน ตามกฎแรงดึงดูดระหว่างมวลของนิวตัน แรงดึงดูดที่ว่านี้มีความแรงมหาศาล หากว่าไม่มีแรงต้านจากปฏิกิริยานิวเคลียร์แล้วดาวทั้งดวง ย่อมยุบตัวลงเหลือขนาดนิดเดียว

              นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาปรากฏการณ์การยุบตัวของดวงดาวทั้งในทางทฤษฎี และการจำลองโดยใช้คอมพิวเตอร์ (Computer simulation) พวกเขาพบว่าในดาวที่มีขนาดใหญ่ เมื่อเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่มีอยู่ถูกเผาใหม้หมดไปดาวจะเกิดการระเบิดอย่างรุนแรง ที่เรียกว่า "ซุเปอร์โนวา" (Supernova) ผิวนอกของดาวจะระเบิดตัวกระจายอยู่รอบๆ ส่วนแกนกลางของดาวจะยุบตัวลงอย่างรวดเร็ว การยุบตัวนี้อาจจะทำให้ดาวกลายสภาพเป็น ดาวแคระขาว ดาวนิวตรอน หรือ หลุมดำ แล้วแต่กรณี
       
       ดาวแคระขาว
       
       คนแรกที่สามารถไขความลับเรื่องการยุบตัวของดวงดาวคือ นักวิทยาศาสตร์ชาวอินเดีย ดร.สุบามายันต์ จันทรสิกขาร์ (Subrahmanyan Chandrasekhar) จันทรสิกขาร์พบว่า ในดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อยกว่า 1.4 เท่าของดวงอาทิตย์ (โดยประมาณ) เมื่อเผาไหม้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์จนหมดแล้วจะเกิดการยุบตัวลง เป็นวัตถุท้องฟ้าที่เรียกว่า ดาวแคระขาว (white dwarf)
       

จันทราสิขา นักฟิสิกส์รางวัลโนเบล

              จากการคำนวณโดยอาศัยกลศาสตร์ควอนตัม (Quantum mechanics) พบว่า ในขณะที่ดาวยุบตัวเนื่องจากแรงโน้มถ่วง อะตอมของธาตุต่างๆ จะถูกอัดให้ใกล้กันมากจนอิเล็กตรอนของแต่ละอะตอมมาอยู่ใกล้กัน ปัญหามีอยู่ว่าอิเล็กตรอนนั้นไม่ชอบอยู่ใกล้กัน เมื่อมันถูกจับให้มาอยู่ใกล้กันมากจนเกินไป มันจะผลักกันทำให้เกิดแรงดันขึ้น ซึ่งเรียกว่า Electron degeneracy pressure แรงดันนี้เป็นคุณสมบัติทางควอนตัมฟิสิกส์ของอิเล็กตรอน ไม่ใช่เกิดจากแรงผลักของประจุไฟฟ้า แรงผลักจากประจุไฟฟ้านั้นมีค่าน้อยมากเมื่อเทียบกับแรงบีบอัดเนื่องจากความโน้มถ่วง
       
       เจ้าแรงดัน Electron degeneracy นี้มีค่ามากเสียจนกระทั่งสามารถหยุดยั้งการยุบตัวของดวงดาวได้ และทำให้เกิดเป็นวัตถุท้องฟ้าชนิดใหม่ซึ่งเรียกกันว่า ดาวแคระขาว เป็นดาวที่หนาวเย็นและมีขนาดเล็ก (ประมาณโลกของเรา) อย่างไรก็ตามถ้าหากว่าดาวมีมวลมากกว่า 1.4 เท่าของดวงอาทิตย์ แรงดันจากอิเล็กตรอน จะไม่สามารถต้านทานการยุบตัวของดาวได้อีกต่อไป ดาวที่มีมวลมากกว่านี้จะเปลี่ยนสภาพเป็นวัตถุที่แปลกประหลาดยิ่งขึ้น ซึ่งมวลในระดับนี้ต่อมาเรียกกันว่า “ขีดจำกัดของจันทรสิกขาร์” (Chandrasekhar limit) เพื่อเป็น เกียรติแก่จันทรสิกขาร์นั่นเอง

	ดาวแคระขาว

              ดาวนิวตรอน
       
       ในกรณีที่ดาวมีมวลมากกว่าขีดจำกัดของจันทรสิกขาร์แรงจากอิเล็กตรอนจะไม่สามารถยับยั้งการยุบตัวของดาวได้อีก ดาวจะยุบตัวลงจนอัดนิวเคลียสของอะตอมต่างๆเข้าใกล้กัน เกิดเป็นวัตถุท้องฟ้าชนิดใหม่ ที่ประกอบด้วยอนุภาคนิวตรอน หรือที่รู้จักกันในชื่อ "ดาวนิวตรอน"
       
       ในทางนิวเคลียร์ฟิสิกส์นั้นนิวเคลียสของธาตุต่างๆ ประกอบด้วยอนุภาคสองชนิดคือโปรตรอนและนิวตรอน ที่น่าสนใจคือเจ้าอนุภาคทั้งสองนี่มีนิสัยไม่ชอบอยู่ใกล้ๆ กันเหมือนอิเล็กตรอน ดังนั้นเมื่อถูกอัดให้ใกล้กันมากๆ มันก็จะเกิดแรงผลักกันเกิดเป็น degeneracy pressure เช่นเดียวกับกรณีของอิเล็กตรอนในดาวแคระขาว แต่ที่น่าสงสัยยิ่งไปกว่านั้นคือ อนุภาคโปรตรอนหายไปใหน ทำไมดาวทั้งดวงจึงมีแต่นิวตรอน???

ดาวนิวตรอนในเนบิวลาปู (Crab Nebula)

              โดยธรรมชาติ นิวตรอน สามารถสลายตัวให้ โปรตอน อิเล็กตรอน กับ นิวตริโน (neutrino) ในปรากฏการณ์ที่เรียกว่า Beta-Decay process ซึ่งเป็นการสลายตัวของธาตุกัมมันตภาพรังสีซึ่งให้อนุภาคเบตา (อนุภาคเบตา ก็คืออิเล็กตรอนนั่นเอง) แต่ในดาวนิวตรอนนั้นมีความดันสูงมากจึงทำให้เกิดปฎิกริยาย้อนกลับที่เรียกกันว่าปรากฏการณ์ Inverse Beta decay คืออิเล็กตรอนรวมกับโปรตรอน เกิดเป็นนิวตรอนและนิวตริโน ในสภาพปกติ นิวตรอนและนิวตริโนที่เกิดขึ้นจะรวมตัวกลับไปเป็นโปรตรอนดังเดิม แต่เนื่องจากนิวตริโนมีพลังงานสูง และเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วเกือบๆ เท่าแสง มันจึงหนีออกจากดาวหมด ปฏิกิริยาย้อนกลับจึงเกิดได้ไม่สมบูรณ์ เป็นสาเหตุให้โปรตรอนถูกใช้หมดไป ดาวทั้งดวงจึงเหลือแต่นิวตรอนในที่สุด
       
       จากการศึกษาโดยนักฟิสิกส์หลายท่านพบว่าถ้าดาวมีมวลมากกว่า 3 เท่า ของดวงอาทิตย์แล้วก็จะไม่มีสิ่งใดสามารถหยุดยั้งการยุบตัวของดาวได้ แม้แต่แรงต้านจากนิวตรอน ดวงดาวจะยุบตัวลงเรื่อยๆ จนกระทั้งกลายเป็นวัตถุประหลาด ที่มีแรงดึงดูดมากมายมหาศาล ขนาดที่ไม่มีสิ่งใดจะหลุดรอดออกมาได้หากพลัดหลงเข้าไปเจ้าวัตถุที่ว่านั้นก็คือ "หลุมดำ" นั่นเอง
       

“หลุมดำ” จิ๊กซอว์แห่งอดีตและอนาคตของจักรวาล

โดย ผู้จัดการออนไลน์

18 กรกฎาคม 2547 03:57 น.

หน้าที่แล้ว

1 | 2

ภาพจำลองการเกิดซุปเปอร์โนวาบนอวกาศ

              ดวงอาทิตย์จะกลายเป็นหลุมดำได้หรือไม่?
       
       หลายคนอาจสงสัยว่า ดวงอาทิตย์ของเราจะมีโอกาสเป็นหลุมดำได้หรือไม่ คำตอบคือ ไม่เนื่องจากว่ามันมีมวลน้อยกว่าขีดจำกัดของจันทรสิกขาร์ ดังนั้นเมื่อดวงอาทิตย์เผาไหม้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์หมดไป มันจะค่อยๆ กลายเป็นดาวแคระขาวแทน นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ทำนายว่า ก่อนที่ดวงอาทิตย์จะยุบตัวนั้น มันจะขยายตัวก่อน และอาจจะกลืนดาวเคราะห์วงในเช่นดาวพุธเข้าไป ซึ่งแน่นอนว่าถ้าวันนั้นมาถึง โลกจะต้องพบภัยภิบัติอย่างไม่ต้องสงสัย แต่นั่นคงเป็นอีกหลายพันล้านปีข้างหน้า ดวงอาทิตย์ยังมีเชื้อเพลิง ส่องแสงสว่างให้มนุษย์ อีกนานแสนนาน
       
       แรงโน้มถ่วงมหาศาลดูดทุกอย่างของหลุมดำ
       
       หลายคนคงสงสัยว่าหลุมดำนั้นเอาแรงดึงดูดมากมายมหาศาลมาจากไหน ทั้งๆ ที่มันเป็นเพียงดาวที่ตายดับแล้ว ถ้าจะไขความลับของหลุมดำ เราคงต้องมาทำความเข้าใจธรรมชาติของแรงโน้มถ่วงเพิ่มเติม เป็นเรื่องแปลกไม่น้อย ที่ถึงแม้ว่าในปัจจุบันเราจะสามารถเอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลกออกไปสู่ห้วงอวกาศได้แต่ก็ยังไม่มีนักวิทยาศาสตร์เข้าใจธรรมชาติของแรงโน้มถ่วงอย่างชัดเจนพฤติกรรมของมันยังคงเป็นปริศนาอยู่จนถึงทุกวันนี้
       
       ในปี 1915 (พ.ศ.2458) อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ได้เสนอแนวคิดของเขาในการอธิบายแรงโน้มถ่วง ซึ่งทุกคนรู้จักในชื่อ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป หรือ General Relativity ภาพของแรงโน้มถ่วงตามความคิดของไอน์สไตน์นั้นอธิบายด้วยความโค้งของอวกาศ โดยอวกาศเป็นเสมือนแผ่นผ้าใบที่ขึงตึงทั้งสี่ด้าน ถ้าเรากลิ้งลูกหินบนผืนผ้าใบนี้ มันย่อมวิ่งเป็นเส้นตรงเนื่องจากแผ่นผ้าใบนั้นเรียบ
       
       แต่ถ้าเราวางตุ้มน้ำหนักลงบนแผ่นผ้า น้ำหนักของตุ้มจะทำให้ผ้าใบบุ๋มลงไปไม่เรียบเหมือนเก่า ในตอนนี้ถ้าเรากลิ้งลูกหินบนผ้าผืนนี้ ทิศทางการเคลื่อนที่ของลูกหินย่อมได้รับผลกระทบจากความโค้งของผืนผ้าใบ (ซึ่งความโค้งนั้นเกิดจากลูกตุ้มที่เราวางลงไปนั่นเอง )
       
       ไอน์สไตน์อธิบายว่า แรงโน้มถ่วงจากดวงดาวต่างๆ ก็คือความโค้งของอวกาศรอบๆ ดวงดาวเหล่านั้น ซึ่งเกิดขึ้นในลักษณะเดียวกันกับที่ลูกตุ้มกระทำต่อผืนผ้าใบ ยิ่งมวลของดาวมีค่ามากความโค้งของอวกาศก็มีค่ามาก ทำให้แรงโน้มถ่วงที่เกิดจากดาวนั้นมีค่ามากตามไปด้วย
       
       ไอน์สไตน์ได้ใช้วิชาเรขาคณิตเขียนความคิดของเขาออกมาเป็นสูตรคณิตศาสตร์ที่เรียกกันว่า สมการสนามของไอน์สไตน์ ( Einstein's Field Equation ) ซึ่งเป็นสมการที่หาคำตอบได้ยากที่สุดสมการหนึ่ง ในปัจจุบันยังไม่มีนักคณิตศาสตร์คนใดที่สามารถจะหาคำตอบทั่วไป (General solution) ของสมการนี้ได้ แม้ว่าจะเป็นสมการที่เป็นรากฐานของทฤษฎีฟิสิกส์ยุคใหม่หลายๆ ทฤษฎีก็ตาม คำตอบของสมการนี้ส่วนใหญ่ได้มาจากการคาดเดา หรือไม่ก็กำหนดเงื่อนไขเฉพาะเจาะจงลงไปเพื่อทำให้สามารถหาคำตอบได้
       
       โดยคำตอบหนึ่งคือ...หลุมดำ??
       
       คำตอบแรกของสมการสนามนี้ค้นพบโดยนักฟิสิกส์ ชื่อ คาร์ล ชว็าชชิลล์ (Karl Schwarzschild) เพียงไม่กี่เดือนหลังจากที่ ไอน์สไตน์ประกาศทฤษฎีของเขา ชว็าซชิลล์ได้พิจารณาความโค้งของอวกาศรอบๆ ดาวที่มีรูปทรงเป็นทรงกลมสมบูรณ์และไม่หมุนรอบตัวเอง คำตอบที่ชว็าซชิลล์ค้นพบมีสิ่งน่าตื่นเต้นคือ ที่ระยะห่างค่าหนึ่งจากใจกลางของดวงดาว ซึ่งเรียกว่า รัศมีของชว็าซชิลล์ ความโค้งของอวกาศมีค่ามากมากเสียจนขนาดที่ว่า แม้แต่แสงก็ยังถูกกักขังเอาไว้ได้

	ภาพแสดงความโค้งของอวกาศรอบๆ ดวงอาทิตย์ (รูปที่ 1) และ ความโค้งของอวกาศบริเวณหลุมดำ (รูปที่ 2)

              สำหรับดวงดาวโดยทั่วไปแล้วรัศมีของดาวจะมีค่ามากกว่า รัศมีของชว็าซชิลล์ เราจึงไม่พบรัศมีที่ว่า แต่ในกรณีที่ดาวมีมวลมากกว่า 3 เท่าของดวงอาทิตย์ ดังที่ได้กล่าวไว้ในหัวข้อที่แล้วนั้น เมื่อปฎิกิริยานิวเคลียร์ภายในดวงดาวสิ้นสุดลง มันจะยุบตัวลงจนมีขนาดเล็กกว่า รัศมีของชว็าซชิลล์ ในกรณีนี้ดาวจะแปรสภาพเป็น หลุมดำ โดยดาวจะสร้างผิวทรงกลมที่เรียกว่า ขอบฟ้าเหตุการณ์ (Event Horizon) ขึ้น โดยขอบฟ้าเหตุการณ์นี้จะมีรัศมีเท่ากับรัศมีของชว็าซชิลล์
       
       วัตถุที่เคลื่อนที่เข้าใกล้ หลุมดำเกินกว่าขอบฟ้าเหตุการณ์ จะถูกแรงดึงดูดมหาศาลของมันดูดเอาไว้ และไม่สามารถที่จะหนีออกมาได้อีกแม้ว่าวัตถุนั้นจะมีความเร็วเท่าเก่าแสงก็ตาม นี่เองคือต้นกำเนิดของหลุมดำ
       
       จากการคำนวณพบว่า รัศมีชว็าซชิลล์ของ ดวงอาทิตย์ นั้นมีขนาดเพียง 2.9 กิโลเมตร ในขณะที่รัศมีของดวงอาทิตย์ยาวถึงเกือบ 7 แสนกิโลเมตร ดังนั้นดวงอาทิตย์จึงไม่มีคุณสมบัติของหลุมดำปรากฎออกมาให้เห็น แต่น่าเสียดาย เพียงแค่ 4 เดือนหลังจากที่ผลงานของเขาเป็นที่ยอมรับ ชว็าซชิลล์ก็ถูกส่งไปทำการรบในมหาสงครามโลกครั้งที่ 1 สังกัดกองทัพบกเยอรมนี และเสียชีวิตลง ณ ชายแดนประเทศรัสเซีย
       
       จะเกิดอะไรขึ้นถ้าเข้าไปในหลุมดำ
       
       จะเห็นได้ว่าขอบฟ้าเหตุการณ์นั้นเป็นเสมือนจุด "ไปไม่กลับ" คือ ถ้าเราเกิดหลงเข้าไปใกล้เจ้าหลุมดำเกินกว่าขอบฟ้าเหตุการณ์แล้วล่ะก็ เราหมดสิทธิ์ที่จะกลับออกมา คำถามก็คือถ้าเกิดตกลงไปเกินกว่าจุด "ไปไม่กลับ" แล้วผลจะเป็นอย่างไร
       
       ตามทฤษฎีแล้วภายในหลุมดำแรงดึงดูดจะมีค่าเพิ่มขึ้นมหาศาลเหมือนโกหก โดยเฉพาะที่จุดศูนย์กลางของหลุมดำนั้น ทฤษฎีทำนายไว้ว่ามีแรงดึงดูดมากมายจนไม่สามารถวัดได้ หรือที่เรียกว่า เป็นค่าอนันต์เลยทีเดียว หลายท่านอาจจะยังนึกภาพไม่ออกว่า แรงดึงดูดมากมหาศาลเป็นอนันต์นั้น มันมากขนาดใหนกันแน่ จะลองยกตัวอย่างในกรณีดาวที่มีมวลมากๆ เช่น ดาวนิวตรอน แรงดึงดูดของมันสามารถฉีกเราให้เป็นชิ้นๆได้ทีเดียว ที่ใช้คำว่า "ฉีก" ก็เพราะว่าเราจะรู้สึกเหมือนโดนฉีกให้ขาดออกจากกันจริงๆ
       
       ขนาดความแรงของแรงโน้มถ่วงนั้น ขึ้นอยู่กับระยะห่างจากจุดศูนย์กลางดวงดาว คือยิ่งใกล้ดาวมากแรงดึงดูดก็จะยิ่งมาก สำหรับวัตถุใดๆก็ตามที่อยู่ให้อิทธิพลของแรงชนิดนี้ ส่วนของวัตถุด้านอยู่ใกล้จุดศูนย์กลางของดาวมากกว่าจะได้รับอิทธิพลของแรงดึงดูดมากกว่าด้านที่อยู่ไกล ออกไป
       
       ตาม กฎข้อที่สองของนิวตัน แรงที่กระทำกับวัตถุแปรผันตรงกับความเร่ง ดังนั้นเมื่อแรงที่กระทำต่อทั้งสองด้านไม่เท่ากัน ความเร็วก็ย่อมไม่เท่ากัน สมมุติว่าตัวของเราส่วนล่างของเราเกิดวิ่งเร็วกว่าส่วนบนขึ้นมา จะเกิดอะไรขึ้น? .....ผลก็คือตัวเราก็จะถูกฉีกขาดออกเป็นสองท่อนนั่นเอง..... ปรากฎการณ์ดังกล่าวเรียกว่า Tidal force
       
       ไอน์สไตน์นั้นค้นพบทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปจากจินตนาการและสมการบนแผ่นกระดาษ หลายคนอาจไม่แน่ใจว่า ความคิดที่แทนแรงโน้มถ่วงด้วยความโค้งของอวกาศนั้นถูกต้องและใช้ได้จริง
       
       ในช่วงหลายสิบปีที่ผ่านมา ทฤษฎีของไอน์สไตน์ได้รับการพิสูจน์มาแล้วนับครั้งไม่ถ้วนการทดลองทางดาราศาสตร์ต่างๆล้วนแต่ยืนยันความถูกต้องของทฤษฎี เช่น การสังเกตวงโคจรของดาวพุธและ ปรากฎการณ์ Gravitational Lens เป็นต้น นอกจากนี้ในปัจจุบันมีการค้นหลายๆปรากฎการณ์ที่ยืนยันการมีอยู่จริงของหลุมดำ หลักฐานเหล่านี้เป็นข้อพิสูจน์ว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปมีความแม่นยำ และเชื่อถือได้ในระดับหนึ่ง (เมื่อไม่คำนึงถึงผลทางควอนตัมฟิสิกส์)
       
       แรงดึงดูดอันมหาศาลของหลุมดำนั้น ทำให้การสังเกตและตรวจพบหลุมดำ ทำได้ยากลำบากมาก เพราะในทางดาราศาสตร์นั้น เราสังเกตดวงดาวและวัตถุท้องฟ้าโดยการตรวจวัดแสงสว่างที่สะท้อน หรือเกิดมาจากวัตถุเหล่านั้น การจะค้นหาวัตถุที่ไม่มีแสงสว่างหลุดออกอย่างในกรณีของหลุมดำนั้น ยากยิ่งกว่างมเข็มในมหาสมุทรเสียอีก

ดาวยักษ์ที่ไร้คู่ กับ Accretion Disc

              เราจะค้นหาเจ้าหลุมดำได้อย่างไร ?
       
       นักดาราศาสตร์เขาหาเจ้าหลุมดำโดยใช้วิธีอ้อมๆ ซึ่งพอจะอธิบายอย่างคร่าวๆ ได้ดังต่อไปนี้
       
       เมื่อดาวเกิดการยุบตัวลงเป็นหลุมดำ ผู้สังเกตภายนอกขอบฟ้าเหตุการณ์จะรู้สึกว่าแรงโน้มถ่วงของดาวยังคงเท่ากับตอนก่อนที่จะเกิดการยุบตัว ดังนั้นถ้ามีวัตถุที่โคจรรอบๆ ดาวนี้ก่อนที่มันจะกลายเป็นหลุมดำ หลังจากที่ดาวยุบตัววัตถุนั้นก็ควรจะยังคงรักษาวงโคจรเดิมอยู่ แต่เจ้าวัตถุที่ว่านั่นจะปรากฎเสมือนว่า
       
       "มันโคจรรอบๆ ความว่างเปล่า" นักดาราศาสตร์ได้ตรวจพบวัตถุที่มีวงโคจรประหลาดๆ ดังกล่าวหลายชิ้น และมีข้อมูลพอที่จะทำให้เชื่อว่า มันกำลังโคจรรอบหลุมดำอยู่
       
       นักดาราศาสตร์เชื่อว่าโอกาสที่จะสังเกตพบหลุมดำมากที่สุด ในระบบดาวคู่ หรือ Binary Star ซึ่งเป็นระบบที่มีดาวขนาดใหญ่สองดวงที่อยู่ใกล้กัน จนแรงโน้มถ่วงของดาวทั้งคู่ดึงดูดให้มันโคจรรอบกัน ในอวกาศนั้นมีดาวที่โคจรเป็น Binary Star อยู่หลายคู่ ถ้าเกิดว่าดาวดวงหนึ่งใน Binary Star นั้น เกิดยุบตัวกลายเป็นหลุมดำขึ้นมา ดาวดวงที่เหลือก็จะ เหมือนโคจรรอบดาวที่มองไม่เห็น หรือกลายเป็นดาวไร้คู่ไป
       
       ในบางกรณีหลุมดำอาจจะดูดกลุ่มก๊าซ หรืออนุภาคที่อยู่รอบๆ ตัวมัน ซึ่งอาจจะมาจากคู่ของมันใน Binary Star ก็ได้ กลุ่มก๊าซเหล่านั้นจะถูกแรงดึงดูดมหาศาลของหลุมดำดึงให้วิ่งเข้าสู่ขอบฟ้าเหตุการณ์ด้วยความเร็วสูงมาก จนก๊าซเหล่านั้นมีความร้อนสูงและสามารถแผ่รังสีเอ็กซ์ ( X-ray )ซึ่งเรียกว่า ปรากฎการณ์ Accretion Disc นักดาราศาสตร์สามารถ ตรวจวัดรังสีเอ็กซ์ จาก Accretion Disc โดยใช้ดาวเทียม ที่โคจรอยู่รอบโลก

	Gravitational lens

              Gravitational lens
       
       วิธีการค้นหาหลุมดำอ้อมๆ อีกวิธีหนึ่งคือการสังเกตปรากฎการณ์ที่เรียกว่า Gravitational lens ตามทฤษฎีสัมพัทธ์ภาพทั่วไปของไอน์สไตน์นั้น แรงโน้มถ่วงสามารถเปลี่ยนแปลงเส้นทางเดินของแสงได้ เนื่องจากแรงโน้มถ่วงมีอิทธิพลต่ออนุภาคทุกชนิดที่มีมวลหรือพลังงาน ถึงแม้ว่าแสงซึ่งเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะไม่มีมวล แต่มันมีพลังงานซึ้งขึ้นกับความถี่ของคลื่น
       
       นักดาราศาสตร์ได้ใช้ความรู้นี้มาประยุกต์ใช้ในการค้นหาหลุมดำ โดยการตรวจวัดแสงที่มาจากดวงดาวไกลๆ ถ้าบังเอิญว่าเกิดมีหลุมดำอยู่ตรงกลางระหว่างดาวดวงนั้นกับโลกแล้ว แสงส่วนหนึ่งจากดาวจะถูกโฟกัสโดยแรงโน้มถ่วงของหลุมดำ ทำให้เราสามารถสังเกตเห็นภาพเสมือนของดาวได้
       
       ข้อมูลจาก วิชาการดอทคอม