4.7 พลังงานหลุดออกได้อย่างไร: รูพรุนตามผิว, การเจาะตามแกน, และการลดสภาพวิกฤตเป็นแถบริมขอบ

หน้าแรก ／ บทที่ 4: หลุมดำ

พลังงานไม่ได้ฝ่าด่านต้องห้ามที่แน่นอน หากแต่หลุดออกได้เพราะ “แถบวิกฤต” เคลื่อนตัวแบบเฉพาะที่ เมื่อภายในบริเวณเล็กๆ ใดๆ “ความต้องการขั้นต่ำเพื่อไหลออก” ต่ำกว่า “เพดานความเร็วการแพร่กระจายที่อนุญาต ณ ตรงนั้น” ผิววิกฤตด้านนอกจะยอมถอยชั่วครู่เฉพาะในบริเวณนั้น การหลบหนีทั้งหมดจึงต้องเคารพขีดจำกัดเฉพาะที่ ไม่มีการไหลใดเร็วเกินเพดานนี้

บริเวณใกล้ “ขอบฟ้าเหตุ” จึงทำหน้าที่เสมือนประตูกลไก ไม่ใช่กำแพงนิ่ง สิ่งที่เห็นเป็น “การรั่ว” คือการปรับแต่งสั้นๆ ของผิวชั้นรับแรงตึง: หน้าต่างเล็กๆ เปิด เชื่อมต่อ หรือขยายเป็นแถบ แล้วปิดอีกครั้ง ส่วนนี้อธิบายว่าหน้าต่างเหล่านี้เกิดขึ้นได้อย่างไร และสามเส้นทางที่พบเป็นประจำ—รูพรุนแบบจุด การเจาะตามแนวแกนหมุน และการลดสภาพวิกฤตเป็นแถบริมขอบ—แบ่งรับภาระ สลับกันเด่น และทิ้งลายมือเชิงสังเกตที่แตกต่างกัน

I. เหตุใดผิววิกฤตจึง “เกิดรู” และ “เปิดร่อง”: สภาพวิกฤตแบบไดนามิกและความขรุขระที่เลี่ยงไม่ได้

บริเวณใกล้ขอบฟ้าเหตุไม่ใช่ผิวคณิตศาสตร์ที่เรียบสนิท หากเป็นผิวชั้นบางหนาที่รับแรงตึงและมีความหนาจริง กระบวนการสามชนิดเขียนทับมันอย่างต่อเนื่อง:

• การดึง–คืนเส้นใยใน “ทะเลเส้นใย” รอบข้าง เปลี่ยนโครงสร้างจุลภาคเฉพาะที่ ส่งผลให้เพดานความเร็วที่อนุญาตสูงขึ้นหรือต่ำลงโดยนัย
• แรงเฉือน การเชื่อมต่อสนามที่ขาด (reconnection) และการแตกต่อเนื่องแบบลูกโซ่ จัดระเบียบเส้นทางไหลออกที่ลื่นที่สุดใหม่ จึงลดหรือเพิ่มระดับความต้องการขั้นต่ำในการไหลออก
• พัลส์จากแกนกลางและความปั่นป่วนจากภายนอก ฉีดพลังงานและโมเมนตัมเข้าสู่ชั้นเปลี่ยนผ่าน ทำให้บางบริเวณเข้าสู่สถานะที่ “ยอมถอยง่ายขึ้น”

ผลคือ ผิววิกฤตด้านนอกเกิดริ้วระลอกทั้งในอวกาศและเวลา เมื่อใดที่เกิดการ “ไขว้” ชั่วครู่—ค่าอนุญาตสูงขึ้นเล็กน้อยและความต้องการต่ำลงเล็กน้อย—รูหนึ่งจะ “ติดสว่าง” และเมื่อรูเล็กเหล่านี้เกิดซ้ำและเชื่อมต่อกันตามทิศทางหนึ่ง ก็จะกลายเป็นช่องเจาะต่อเนื่องหรือแถบลดสภาพวิกฤต

II. กลไกการทำงานของสามเส้นทางหลบหนี

1. รูพรุนชั่ววูบ: เฉพาะที่ อายุสั้น กระแสอ่อนแต่นิ่ง

สาเหตุ:

• การปิด: ฟลักซ์ขนาดเล็กที่หลั่งออก ช่วยผ่อนแรงตึงหรือปรับสภาวะแรงเฉือนเฉพาะที่ เมื่อเรขาคณิตคืนรูป เส้นทั้งสองแยกออกและรูปิดเอง
• การเปิดประตู: เส้นทั้งสองตัดกันช่วงสั้นๆ ผิววิกฤตด้านนอกจึงยอมถอยในบริเวณนั้น
• การจุดติด: พัลส์ความเค้นจากแกนกลางหรือกลุ่มคลื่นที่พุ่งเข้า ถูกดูดกลืนในชั้นเปลี่ยนผ่าน ปรับแรงตึงและเรขาคณิตเฉพาะที่เล็กน้อย ทำให้ “เส้นอนุญาต” ยกขึ้นเล็กน้อย ขณะ “เส้นความต้องการ” ลดลงเล็กน้อย

คุณสมบัติ:

• ป้อนกลับ: การไหลออกบั่นทอนเงื่อนไขการจุดติดของตน จึงเกิดลักษณะจำกัดตัวเอง เป็น “การรั่วช้า”
• ชนิดการไหล: กระแสนุ่ม กว้าง ความรุนแรงไม่มากแต่คงที่ ไม่ค่อยเหนี่ยวนำให้เกิดออสซิลเลชันเอง
• สเกลและอายุ: ปากรูเล็ก อายุสั้น ตั้งแต่ระดับจุลภาคถึงต่ำกว่าระดับ “วงแหวน” ส่องสว่าง

พบบ่อยเมื่อ:

• พื้นเสียงรบกวนจากแกนกลางสูง แต่ขาดอคติทางเรขาคณิตที่คงทิศ
• ชั้นเปลี่ยนผ่านหนา ยืดหยุ่นสูง หรือมีแรงรบกวนจากภายนอกถี่แต่แอมพลิจูดต่ำ

ลายมือเชิงสังเกต:

• หลายสารสื่อสาร: ไม่คาดหวังความสัมพันธ์กับนิวทริโนหรือรังสีคอสมิกพลังงานสูงยิ่ง
• สเปกตรัมและไดนามิกส์: ส่วนประกอบนุ่มและหนาเพิ่มขึ้น โดดเด่นในย่านอินฟราเรด ใต้มิลลิเมตร และเอ็กซ์เรย์อ่อน ไม่พบก้อนปะทุใหม่ของเจ็ตหรือสัญญาณเร่งเด่นชัด
• เวลา: หลังแก้กระจายหลายแถบความถี่ โค้งแสงมี “ขั้นบันได” เล็กๆ ร่วมกัน ตามด้วยซองสะท้อนกลับที่อ่อนและช้า คล้ายฐานยกสูงมากกว่ายอดแหลม
• โพลาไรซ์: ส่วนแบ่งโพลาไรซ์ลดลงเล็กน้อยในบริเวณที่สว่าง มุมโพลาไรซ์ยังคงบิดอย่างราบรื่น แทบไม่เห็นการกลับทิศฉับพลัน
• ภาพ: วงหลักสว่างขึ้นอย่างอ่อน ทั้งเฉพาะมุมหรือทั้งวง ความกว้างของวงเพิ่มเล็กน้อยตามมุมที่เกี่ยวข้อง และบางครั้ง “วงด้านใน” ที่จางจะคมชัดขึ้นชั่วคราว

ข้อสอดคล้อง:

• การอุโมงค์ควอนตัม: รูพรุนใกล้ขอบฟ้าเหตุและการอุโมงค์เชิงควอนตัมมีกลไกพื้นฐานร่วมกัน ดูหมวด 6.6

2. การเจาะตามแกน: การขนส่งแข็ง ตรง เรียงตามแกนหมุน

สาเหตุ:

• ผลคล้ายท่อคลื่น: ช่องดังกล่าวชี้นำความรบกวนให้วิ่งตามแกน และกดทับการกระเจิงด้านข้าง ส่งผลโดยนัยให้ “ค่าอนุญาต” ตามแกนสูงขึ้น และ “ความต้องการ” ต่ำลงอีก
• ความเชื่อมต่อ: รูพรุนที่ติดสว่างซ้ำตามแกนเชื่อมต่อกันง่าย กลายเป็นช่องทางต่อเนื่อง แคบ และอิมพีแดนซ์ต่ำ
• อคติแต่กำเนิด: การหมุนจัดแรงตึงและแรงเฉือนใกล้แกนกลางให้เรียงตัวตามแกน ซึ่ง “ความต้องการไหลออก” ต่ำกว่าโดยถาวรเมื่อเทียบกับทิศอื่น

คุณสมบัติ:

• คอขวด: คอแคบสุดเป็นตัวกำหนดเพดานฟลักซ์ เมื่อคอถูก “รัดคอ” กำลังรวมทั้งหมดจะถูกจำกัด
• เกณฑ์คงอยู่: เมื่อก่อตัวแล้วมักคงอยู่เอง จะดับยาก เว้นแต่แหล่งจ่ายโรยแรงหรือถูกแรงเฉือนฉีกขาด
• ชนิดการไหล: ส่วนแข็งเด่น การขนส่งตรง เรียว และคอลลิเมชันดี แบกรับโหลดได้ต่อเนื่อง

พบบ่อยเมื่อ:

• ทิศทางป้อนพลังงานสอดคล้องกับแนวแกน ช่วยยืดอายุเสถียร
• ระบบมีการหมุนเด่น และความเรียงตัวตามแกนใกล้แกนกลางคงทนยาวนาน

ลายมือเชิงสังเกต:

• หลายสารสื่อสาร: มีหลักฐานเชิงสถิติบางกรณีร่วมกับนิวทริโนพลังงานสูง ปลายเจ็ตและ “จุดร้อน” อาจเป็นบริเวณเร่งรังสีคอสมิกพลังงานสูงยิ่ง
• สเปกตรัมและไดนามิกส์: สเปกตรัมอัษฎางค์ไม่เชิงความร้อนจากวิทยุถึงแกมมา เน้นปลายพลังงานสูง เห็นการเคลื่อนของปม การเลื่อนตำแหน่งแกน (core shift) และช่วงเร่ง/หน่วง
• เวลา: การปะทุแข็งและเร็ว ตั้งแต่นาทีถึงวัน ข้ามย่านความถี่เกือบพร้อมกัน หรือย่านพลังงานสูงมาก่อนเล็กน้อย เห็นขั้นเล็กๆ กึ่งคาบเคลื่อนตามปมสว่าง
• โพลาไรซ์: โพลาไรซ์สูง มุมโพลาไรซ์คงที่เป็นช่วงๆ ตลอดเจ็ต มักเห็นไล่ระดับการหมุนฟาราเดย์ตามขวาง โพลาไรซ์ใกล้แกนกลางสอดคล้องกับภาคพัดสว่างบนวง
• ภาพ: เจ็ตตรงและคอลลิเมตดี แกนกลางสว่างขึ้น เห็น “ปม” สว่างเคลื่อนออก บางครั้งเร็วกว่าแสงแบบปรากฏ เจ็ตย้อนอ่อนหรือมองไม่เห็น

3. การลดสภาพวิกฤตเป็นแถบริมขอบ: แนวสัมผัสและแนวเฉียง การกระจายกว้างและการรีโปรเซส

สาเหตุ:

• การกระจายพลังงานใหม่: พลังงานย้ายด้านข้างและไหลออกไปตามแถบ การกระเจิงซ้ำและความร้อนยิ่งทำให้การรีโปรเซสบนพื้นที่กว้างเกิดง่ายขึ้น
• การเชื่อมต่อเป็นแถบ: เมื่อแถบอิมพีแดนซ์ต่ำที่อยู่ติดกันถูกดึงให้ตรงแนว จะเกิดทางเดินลดวิกฤตตามแนวสัมผัสหรือแนวเฉียง
• แรงเฉือนจัดแนว: ชั้นเปลี่ยนผ่านดึงริ้วเล็กให้ยืดยาวเป็นลายเส้น ระหว่างลายเกิด “กระดานหมากรุก” ที่อิมพีแดนซ์ต่ำ

คุณสมบัติ:

• ความยืดหยุ่น: ไวต่อแรงกระตุ้นภายนอกง่าย จดจำอคติทางเรขาคณิตได้ยืนนาน
• จังหวะ: เส้นทางยาวและการกระเจิงมาก ทำให้ขึ้นช้าและซาบซ่านนาน
• ชนิดการไหล: ความเร็วปานกลาง สเปกตรัมหนา ครอบคลุมกว้าง เด่นด้วยการรีโปรเซสและลมจากจาน (disk wind)

พบบ่อยเมื่อ:

• หลังเหตุการณ์รุนแรง เมื่อแถบถูกยืดและความสอดคล้องเชิงพื้นที่เพิ่มขึ้น
• ชั้นเปลี่ยนผ่านหนา และระยะจัดแนวด้วยแรงเฉือนยาว

ลายมือเชิงสังเกต:

• หลายสารสื่อสาร: หลักฐานแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นหลัก ในสเกลดาราจักรทิ้งรอยตอบสนองจากการให้ความร้อนและการกวาดก๊าซให้โปร่ง
• สเปกตรัมและไดนามิกส์: การรีโปรเซสและการสะท้อนเพิ่มขึ้น สะท้อนเอ็กซ์เรย์และเส้นเหล็กเด่นชัด ลมจานและเอาท์โฟลว์มีการดูดกลืนเขยื้อนน้ำเงินและเอาท์โฟลว์เร็วมาก อินฟราเรดและใต้มิลลิเมตรจากฝุ่นร้อนและก๊าซอุ่นสว่างขึ้น ทำให้สเปกตรัม “หนา” ขึ้น
• เวลา: ขึ้นช้า–ลงช้า ตั้งแต่ชั่วโมงถึงเดือน มีการหน่วงเวลาข้ามย่านที่ขึ้นกับสี หลังเหตุการณ์แรง กิจกรรมตามแนวแถบยืดเยื้อกว่าเดิม
• โพลาไรซ์: โพลาไรซ์ระดับกลาง มุมโพลาไรซ์เปลี่ยนเป็นช่วงๆ ภายในแถบ การกลับทิศตามแถบมักวางคู่กับขอบสว่าง การกระเจิงหลายครั้งทำให้โพลาไรซ์ลดลง
• ภาพ: ริมวงสว่างเป็นแถบ เห็นการไหลออกมุมกว้างและฮาโลฟุ้งเหนือระนาบจาน รูปทรง “อวบ” มากกว่าบางตรง อาจมีเรืองแสงพร่าหรือฮาโลใกล้แกนกลาง

III. ใครเป็นตัวจุด และใครเป็นตัวจ่ายโหลด: แหล่งกระตุ้นและแหล่งป้อนกำลัง

• ตัวกระตุ้นภายใน:
  พัลส์แรงเฉือนจากแกนกลางผลักความเค้นเข้าสู่ชั้นเปลี่ยนผ่าน แล้วยก “เส้นอนุญาต”; หิมะถล่มของเหตุการณ์เชื่อมต่อซ้ำขนาดเล็กทำให้เรขาคณิตเรียบลงและลด “เส้นความต้องการ”; โครงสร้างพันกันอายุสั้นพ่นกลุ่มคลื่นย่านกว้าง เพิ่มพื้นเสียงรบกวนและโอกาสจุดติด
• ตัวกระตุ้นภายนอก:
  กลุ่มคลื่นที่พุ่งเข้า—โฟตอนพลังงานสูง รังสีคอสมิก พลาสมาภายนอก—ถูกดูดกลืนและกระเจิงในชั้นเปลี่ยนผ่าน ทำให้แรงตึงเฉพาะที่ตึงขึ้นหรือทางเดินเรียบขึ้น; ก้อนสสารที่ตกลงชน ปรับแรงเฉือนและความโค้งใหม่ชั่วครู่ เปิด “หน้าต่าง” ยอมถอยที่ชัดเจนกว่า
• การจัดสรรโหลด:
  แกนกลางให้ทั้งกระแสพื้นต่อเนื่องและพัลส์เป็นระยะ ขณะที่สิ่งแวดล้อมให้การเสริมฉับพลันและ “ขัดเงา” ทางเรขาคณิต การซ้อนทับกันกำหนดว่าเส้นทางใดติดสว่างก่อน และรับฟลักซ์ได้มากเพียงใด

IV. กฎแบ่งปันและการสลับสถานะเชิงพลวัต

• กฎการจัดสรร:
  เส้นทางที่ “ความต้านทาน” ต่ำสุดได้ส่วนแบ่งมากสุด โดยเข้าใจ “ความต้านทาน” เป็นอินทิกรัลตามทางของ (ความต้องการ − ค่าอนุญาต) เส้นที่ต่ำสุดในขณะนั้นจะดูดกลืนกระแสมากกว่า และมีป้อนกลับเชิงลบกับภาวะอิ่มตัวตามมา: รูพรุนปิดเองเมื่อการไหลผ่อนแรงตึง; ช่องเจาะพอกหนาจนติดเพดานที่คอขวด; ทางเดินเป็นแถบร้อนขึ้น หนาขึ้น และช้าลง
• แบบแผนการสลับ:
  กลุ่มรูพรุนรวมเป็นช่องเจาะ เมื่อรูติดซ้ำตำแหน่งใกล้เคียงและแรงเฉือนดึงให้ช่องว่างเข้าใกล้กัน ช่องเจาะส่งไม้ต่อให้แถบ เมื่อคอตามแกนถูกฉีกหรือทิศทางป้อนเปลี่ยนให้เอนเอียงไปทางสัมผัส/เฉียง จึงเกิดการรีโปรเซสกว้าง แถบแตกกลับเป็นกลุ่มรู เมื่อแถบถูกหักเป็นเกาะๆ และความต่อเนื่องทางเรขาคณิตลดลง
• หน่วยความจำและธรณี:
  ระบบที่มีหน่วยความจำยาวจะแสดงฮิสเทรีซิสเมื่อสลับ และมี “ความลำเอียงตามวัฏภาค” ธรณีอาศัยทั้งแหล่งจ่าย แรงเฉือน และการหมุน ราวกับสิ่งแวดล้อมค่อยๆ เปลี่ยน การแบ่งส่วนจะเลื่อนไปอย่างราบรื่น แต่หากเปลี่ยนฉับพลัน จะเกิดการกลับขั้วรวดเร็ว

V. ขอบเขตและความสอดคล้องในตัวเอง

• การหลบหนีทั้งหมดเกิดจากสภาพวิกฤตที่เคลื่อนที่ ไม่ใช่การข้ามข้อห้ามเด็ดขาด เพดานความเร็วถูกกำหนดโดยแรงตึงเฉพาะที่ และไม่มีเส้นทางใดเกินเพดานนั้น
• ทั้งสามเส้นทางไม่ใช่ “อุปกรณ์” แยกจากกัน แต่เป็นโหมดของผิวชั้นเดียวกันภายใต้มุมวางและภาระที่ต่างกัน

VI. คู่มือหนึ่งหน้า: จับคู่สิ่งที่เห็นกับกลไก

• วงสว่างขึ้นเล็กน้อยในหน้าต่างร่วม โพลาไรซ์ลดลงเล็กน้อย สเปกตรัมนุ่มยกตัว และไม่มีปมเจ็ตใหม่ → รูพรุนชั่ววูบ มีความเป็นไปได้สูงสุด
• เจ็ตตรง คอลลิเมชันดี ความแปรผันแข็งและเร็ว โพลาไรซ์สูง ปมเคลื่อนที่ อาจมีกรณีนิวทริโนร่วม → การเจาะตามแกน เด่นกว่า
• ริมวงสว่างเป็นแถบ เอาต์โฟลว์มุมกว้าง ไทม์สเกลช้า พร้อมการสะท้อนแรงและการดูดกลืนเขยื้อนน้ำเงิน สเปกตรัมอินฟราเรดหนา → การลดสภาพวิกฤตเป็นแถบริมขอบ เหมาะสมที่สุด

VII. สรุป

ผิววิกฤตด้านนอก “หายใจได้” และชั้นเปลี่ยนผ่าน “ตั้งเสียงเองได้” การดึง–คืนเส้นใยเปลี่ยนวัสดุ แรงเฉือนและการเชื่อมต่อซ้ำเขียนเรขาคณิตใหม่ เหตุการณ์ทั้งภายในและภายนอกทำหน้าที่เป็นไส้จุด พลังงานจึงถูกจัดให้ออกตามสามโหมดที่คุ้นเคย: รูแบบจุด การเจาะตามแกน และแถบลดวิกฤตริมขอบ โหมดใดสว่างกว่า นิ่งกว่า หรือยาวนานกว่า ขึ้นอยู่กับเส้นทางใดมี “ความต้านทาน” ต่ำสุดในขณะนั้น—และขึ้นกับว่ากระแสที่ไหลผ่านได้ “ปั้นแต่ง” เส้นทางนั้นกลับอย่างไร นี่คือศาสตร์ของการเปิด–ปิดประตูแบบเฉพาะที่ภายในเพดานที่อนุญาต และเป็นวิธีที่บริเวณใกล้ขอบฟ้าเหตุ “ทำงาน” อยู่จริง