เมื่อไม่นานมานี้ มีข่าวในวงการวิทยาศาสตร์และดาราศาสตร์ที่เป็นที่สนใจของคนหมู่มาก นั่นก็คือการเผยแพร่ภาพ “หลุมดำ” ของกาแล็กซี่ M87 ที่ห่างออกไปจากโลก 55 ล้านปีแสง อันเป็นภาพหลุมดำภาพแรกในโลก โดยทีม Event Horizon Telescope (EHT) ซึ่งเป็นทีมนักดาราศาสตร์นานาชาติ

Katie Bouman

ภาพหลุมดำของกาแล็กซี่ M87 ที่ถ่ายโดยทีม Event Horizon Telescope (EHT) (Wikipedia)

ภาพหลุมดำภาพนั้นคือหลุมดำขนาดมหึมาใจกลางกาแล็กซี่ M87 ที่มีมวลขนาดใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ 6.5 พันล้านเท่า และอยู่ห่างจากโลกกว่า 55 ล้านปีแสง แต่ความยากของการถ่ายรูปหลุมดำ ไม่ใช่แค่เพราะว่ามันอยู่ไกลแค่เพียงอย่างเดียว

แต่เพราะว่าหลุมดำนั้นเป็นวัตถุที่มองไม่เห็น

หลุมดำคือเทหวัตถุที่ยังหลงเหลือหลังจากการแตกดับของดาวฤกษ์ขนาดมโหฬาร ก่อเกิดเป็นพลังงานที่มีแรงดึงดูดมหาศาล ขนาดที่ว่าแสงก็ยังถูกดูดกลืนได้ นั่นจึงทำให้การค้นพบและถ่ายรูปนั้นเป็นไปได้ยาก เคล็ดลับคือต้องถ่ายแสงรอบๆ หลุมดำ ที่เกิดจากการเสียดสีจนลุกไหม้เป็นแสงของสสารต่างๆ ที่หลุมดำกำลังดูดกลืนแทน

และความยากอีกอย่างคือ ด้วยความที่มันอยู่ห่างจากโลกมาก และหลุมดำนั้นก็มีขนาดใหญ่มหาศาล และไม่มีขอบเขตแน่ชัด นักวิทยาศาสตร์จึงคาดการณ์กันว่าทางเดียวที่จะถ่ายรูปหลุมดำได้ คือจะต้องมีกล้องโทรทรรศน์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่พอๆ กับโลก

นักวิทยาศาสตร์แก้ปัญหานี้ด้วยการเชื่อมต่อกล้องโทรทรรศน์วิทยุที่ตั้งอยู่ 8 แห่งทั่วโลกเข้าไว้ด้วยกัน และอาศัยการโคจรรอบตัวเองของโลกในการแพนกล้องเพื่อเก็บภาพแต่ละมุมเอาไว้จนเสร็จสิ้นเมื่อปี 2017

แต่สงสัยไหมว่า ทำไมภาพถึงเพิ่งจะถูกเผยแพร่เมื่อวันที่ 10 เมษายนนี้เอง?

เบื้องหลังของภาพหลุมดำนั้นคือหญิงสาวที่ชื่อว่า เคที โบวแมน (Katie Bouman) นักวิทยาศาสตร์สาววัย 29 ปี เธอเกิดที่เกิดวันที่ 9 พฤษภาคม 1989 ที่เวสต์ลาเฟียตต์ รัฐอินเดียนา สหรัฐอเมริกา

Katie Bouman

เคที โบวแมน (Katie Bouman) (Time.com)

หลังจากจบมัธยมเวสต์ลาเฟียตต์ ในปี 2007 เธอสนใจในโครงการ Event Horizon Telescope ซึ่งเป็นทีมที่รวมนักดาราศาสตร์ นักวิทยาศาสตร์ นักฟิสิกส์ นักคณิตศาสตร์มากกว่า 200 คน โครงการนี้เป็นโครงการที่ดำเนินการเกี่ยวกับการพัฒนากล้องโทรทรรศน์ ที่มีศักยภาพเทียบเท่ากับกล้องโทรทรรศน์วิทยุที่มีขนาดใหญ่เท่ากับโลก และนำข้อมูลภาพจากกล้องโทรทรรศน์ที่ตั้งอยู่ใน 8 จุดทั่วโลกมารวมกัน แล้วประมวลผลผ่านระบบอัลกอริทึมบนคอมพิวเตอร์

โบวแมนจบการศึกษา และได้เกียรตินิยมอันดับหนึ่งด้านวิศวกรรมไฟฟ้าที่มหาวิทยาลัยมิชิแกน เรียนจบปริญญาโท และปริญญาเอกในสาขาวิศวกรรมไฟฟ้า และวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ซึ่งในระหว่างที่เธอเรียนปริญญาโท เธอได้เข้าไปเป็นหนี่งในทีมเขียนอัลกอริทึมสำหรับการคำนวนภาพจากกล้องโทรทรรศน์ในโครงการ Event Horizon Telescope แล้วตั้งแต่ปี 2016

ส่วนคำตอบที่ว่า ทำไมภาพถ่ายหลุมดำที่ถ่ายเสร็จตั้งแต่ปี 2017 จึงได้เผยแพร่ในอีกสองปีให้หลังนั้น คำตอบก็คือ ข้อมูลที่กล้องโทรทรรศน์ทั้ง 8 ตัวที่เก็บมาได้นั้น มีขนาดรวมกันมหาศาลถึง 5 Petabyte (PB) ถ้านึกไม่ออกว่ามหาศาลขนาดไหน

มันเทียบเท่ากับข้อมูลที่บรรจุเต็มฮาร์ดดิสก์ขนาด 1 เทราไบต์ (Terabyte-TB) จำนวน 5,000 ลูก

Katie Bouman

เคที โบวแมน กับฮาร์ดดิสก์ขนาด 5 Petabyte ที่เก็บข้อมูลภาพหลุมดำจากกล้องโทรทรรศน์  (Facebook – Katie Bouman)

ด้วยข้อมูลปริมาณมหาศาลขนาดนี้ จึงเป็นไปไม่ได้ที่จะส่งข้อมูลด้วยอินเทอร์เน็ต จึงต้องส่งฮาร์ดดิสก์ผ่างทางเครื่องบิน และหนึ่งในกล้องทั้งแปดก็ตั้งอยู่ที่ขั้วโลกใต้ ทำให้มีความลำบากในการถ่ายรูปและขนส่งข้อมูลมากยิ่งขึ้นไปอีก

เมื่อได้ข้อมูลมาแล้ว โบวแมนและทีมงานจะต้องเขียนอัลกอริทึม หรือชุดคำสั่งที่มีชื่อว่า Continuous High-resolution Image Reconstruction using Patch priors (CHIRP) เพื่อให้คอมพิวเตอร์นำภาพที่ได้จากกล้องโทรทรรศน์แต่ละตัว ที่สามารถเก็บภาพได้เฉพาะแต่ละมุม และไม่ได้มีข้อมูลเต็มครบทั้งภาพ นำมาประกอบเข้ากัน เหมือนการต่อจิ๊กซอว์ที่มีชิ้นส่วนไม่ครบ แต่ต้องจินตนาการและกำหนดขอบเขตของภาพส่วนที่เหลือขึ้นตามความเป็นจริง และประกอบขึ้นเป็นภาพหลุมดำที่สมบูรณ์

ซึ่งในขั้นตอนนี้ก็ต้องใช้เวลาคำนวณ และประมวลผลเป็นระยะเวลานาน จนกระทั่งได้ภาพหลุมดำภาพแรกในโลกอย่างที่คนทั่วทั้งโลกได้เห็นในอีกสองปีต่อมา

Katie Bouman

เคที โบวแมน เมื่อได้เห็นภาพหลุมดำที่ประมวลผลเสร็จสิ้น  (Facebook – Katie Bouman)

หลังจากที่ภาพหลุมดำภาพแรกในโลกได้ถูกเผยแพร่ออกไป และโบวแมนคือผู้อยู่เบื้องหลังโครงการนี้ ผู้คนทั่วโลกต่างแสดงความชื่นชมเธอและยกย่องว่า สิ่งที่เธอได้ทำนั้น นอกจากจะก่อให้เกิดก้าวใหม่ที่ยิ่งใหญ่ในวงการดาราศาสตร์และวิทยาศาสตร์ ด้วยภาพหลุมดำภาพแรกในโลก ที่จะเป็นจุดเริ่มต้นในการค้นหาความลับของโลกและจักรวาลแล้ว

ในวงการวิทยาศาสตร์และดาราศาสตร์ที่มีผู้หญิงทำงานอยู่ไม่ถึง 30% สิ่งที่หญิงสาวคนนี้ได้ทำ ถือเป็นก้าวใหม่ที่ยิ่งใหญ่ ที่ก่อให้เกิดปรากฏการณ์แห่งความเท่าเทียมทางเพศให้เกิดขึ้นในวงการวิทยาศาสตร์และดาราศาสตร์อีกด้วยเช่นกัน

Katie Bouman

ทีม Event Horizon Telescope กับภาพหลุมดำ  (Facebook – Katie Bouman)

“ฉันตื่นเต้นมากๆ ที่ในที่สุดเราก็ได้เผยแพร่ผลงานที่พวกเราร่วมมือกันทำงานมาตลอดหลายปี ภาพที่เห็นวันนี้ เป็นภาพที่รวบรวมมาจากหลายๆ แหล่ง ผ่านขั้นตอนกระบวนการหลายขั้นตอน ซึ่งลำพังแค่อัลกอริทึมเดียว หรือคนเพียงคนเดียว คงไม่สามารถทำให้เกิดภาพนี้ได้ มันต้องอาศัยความสามารถอันน่าทึ่งของทีมนักวิทยาศาสตร์จากทั่วโลกที่มาทำงานร่วมกัน เพื่อพัฒนาเครื่องมือและประมวลผลข้อมูล ขั้นตอนการสร้างภาพ และวิเคราะห์เทคนิคต่างๆ ฉันรู้สึกเป็นเกียรติและโชคดีมากๆ ที่ได้มีโอกาสทำงานร่วมกับทุกๆ คน” – เคที โบวแมน

 

เคที โบวแมน บรรยายเรื่อง เราจะถ่ายภาพหลุมดำได้อย่างไร ใน TEDxBeaconStreet ในเดือนพฤศจิกายน 2016 
[Sassy_Social_Share]
66