บทความนี้เขียนโดยPaul Laskyจากมหาวิทยาลัย MonashและRyan ShannonจากCSIROและได้รับการเผยแพร่ครั้งแรกโดยบทสนทนา-
ดาวนิวตรอน- เศษซากดาวฤกษ์ที่ตายแล้วของดาวเก่าที่ถูกเผาไหม้ - เป็นวัตถุที่รุนแรงที่สุดในจักรวาล พวกเขามีน้ำหนักมากเท่ากับดวงอาทิตย์ทั้งหมด แต่มีขนาดเล็กพอที่จะพอดีกับย่านธุรกิจ CBD ของซิดนีย์และพวกเขาหมุนได้มากถึง 700 ครั้งทุกวินาที ลองนึกภาพว่า: ดาวทั้งดวงหมุนเร็วกว่าเครื่องปั่นครัวที่เร็วที่สุด
นักดาราศาสตร์รู้ถึงดาวนิวตรอนสองสามพันดวง แต่โดยเฉพาะอย่างยิ่งหนึ่งคือความโดดเด่น เป็นส่วนหนึ่งของอาร์เรย์เวลาพัลส์พัลซาร์เราได้สังเกตJ1909-3744 กับกล้องโทรทรรศน์วิทยุของ CSIRO's Parkes11 ปี ในช่วงเวลานี้เราได้คำนึงถึงทุก ๆการหมุน 116 พันล้านครั้ง (115,836,854,515 จะแม่นยำ) เรารู้ช่วงเวลาการหมุนของดาวดวงนี้ถึง 15 สถานที่ทศนิยมทำให้เป็นหนึ่งในนาฬิกาที่แม่นยำที่สุดในจักรวาลอย่างแท้จริง
แต่อย่างที่เราแสดงในไฟล์กระดาษจัดพิมพ์วันนี้ในวารสารศาสตร์,มันไม่ควรจะเป็นแบบนี้คลื่นแรงโน้มถ่วงจากทั้งหมดในจักรวาลควรจะทำลายความแม่นยำของเวลาของพัลซาร์นี้ แต่พวกเขาไม่มี
ยืดและบีบพื้นที่ทำให้ระยะห่างระหว่างเราและดาวนิวตรอนเปลี่ยนไป คลื่นความโน้มถ่วงที่เรากำลังมองหาควรเปลี่ยนระยะทางนั้นประมาณสิบเมตรส่วนเล็ก ๆ เนื่องจากดาวนิวตรอนนี้อยู่ที่ประมาณ 3.6 x 1019เมตรจากโลก (นั่นคือ 3.6 กับ 19 ศูนย์ต่อไปนี้)! แต่สิ่งนี้น่าจะเพียงพอที่จะแสดงในการวัดของเรา
แต่ความจริงที่ว่าการวัดของเรามีความแม่นยำมากบอกเราว่ามีบางอย่างผิดปกติกับทฤษฎี นี่ไม่ได้หมายความว่าคลื่นความโน้มถ่วงไม่มีอยู่จริง มีแง่มุมอื่น ๆ ของความเข้าใจของเราเกี่ยวกับจักรวาลที่อาจไม่เป็นไปตาม ไม่ว่าจะมีการแก้ไขปัญหาความไม่แน่ใจนี้แล้วก็จะเปลี่ยนวิธีที่เราเข้าใจหลุมดำขนาดใหญ่ที่สุดในจักรวาล
ศูนย์กลางของกาแลคซีของเรานั่นมีน้ำหนักมากกว่าสี่ล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ของเรา แต่นี่คือน้ำหนักเบา กาแลคซีอื่น ๆ มีการชั่งน้ำหนักหลุมดำมากกว่า 17 พันล้านเท่าของดวงอาทิตย์ของเรา- และเรามีเหตุผลที่ดีที่จะเชื่อว่าส่วนใหญ่ถ้าไม่ใช่ทั้งหมดกาแลคซีมีหลุมดำมวลมหาศาลในแกนของพวกเขา นอกจากนี้เรายังรู้ว่ากาแลคซีทั่วทั้งจักรวาลเติบโตขึ้นโดยการรวมเข้าด้วยกัน
หลังจากการควบรวมกิจการของกาแลคซีสองแห่งใด ๆ หลุมดำทั้งสองจากกาแลคซีแม่จมลงไปยังศูนย์กลางของกาแลคซีลูกสาวซึ่งเป็นคู่ไบนารีสีดำที่มีมวลมหาศาล เมื่อถึงจุดหนึ่งวิวัฒนาการที่ตามมาของคู่ไบนารีจะถูกครอบงำโดยการปล่อยคลื่นความโน้มถ่วง
คลื่นแรงโน้มถ่วงเป็นระลอกคลื่นเล็ก ๆ ในผ้าของกาลอวกาศและเป็นผลโดยตรงจากอัลเบิร์ตไอน์สไตน์ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป- เราฉลองวันเกิดครบรอบ 100 ปีในเดือนพฤศจิกายนปีนี้ เมื่อหลุมดำสองหลุมหมุนวนอยู่ด้วยกันพวกเขาควรปล่อยคลื่นความโน้มถ่วง สิ่งเหล่านี้นำพลังงานออกไปจากระบบทำให้หลุมดำทั้งสองเคลื่อนเข้าใกล้ด้วยกัน
ผลรวมของหลุมดำมวล supermassive ไบนารีทั้งหมดในจักรวาลควรสร้างพื้นหลังของคลื่นความโน้มถ่วง (คล้ายกับพื้นหลังไมโครเวฟจักรวาล- มันเป็นพื้นหลังที่คาดว่าจะทำลายช่วงเวลาที่แม่นยำของเราใน PSR J1909-3744 นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ได้ทำการคาดการณ์จำนวนมากเกี่ยวกับความแข็งแกร่งของพื้นหลัง การคาดการณ์เหล่านี้รวมการวัดที่ล้ำสมัยของการก่อตัวของกาแลคซีและวิวัฒนาการและแบบจำลองทางทฤษฎีที่ซับซ้อนที่สุดของวิธีการที่จักรวาลวิวัฒนาการมา-
ทำไมไม่มีคลื่นความโน้มถ่วง?
แต่เราต้องการที่จะชัดเจนมากว่าการขาดการตรวจจับของเราไม่บอกเป็นนัยว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์นั้นผิดและไม่ได้หมายความว่าคลื่นความโน้มถ่วงไม่มีอยู่จริง ในขณะที่เราไม่ทราบวิธีแก้ปัญหาที่แท้จริงเรามีความคิดมากมาย
บางทีไม่ใช่ทุกกาแลคซีในจักรวาลที่มีหลุมดำมวลมหาศาล การลดสัดส่วนของกาแลคซีที่เป็นโฮสต์หลุมดำมวล supermassive ในรุ่นช่วยลดความกว้างที่คาดการณ์ไว้ของความเป็นมาอาจทำให้ไม่สามารถตรวจจับได้โดยการสังเกตของเรา
บางทีเราอาจไม่เข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างมวลของกาแลคซีโฮสต์และมวลของหลุมดำ เราใช้ความสัมพันธ์เชิงประจักษ์ระหว่างกาแล็กซี่และมวลหลุมดำเพื่อกำหนดหลัง ในขณะที่เราเชื่อว่าสิ่งเหล่านี้มีความแข็งแกร่งในจักรวาลท้องถิ่นการควบรวมกิจการของหลุมดำเรามีความอ่อนไหวมากที่สุดที่จะเกิดขึ้นหลายพันล้านปีแสงจากเราซึ่งความเข้าใจของเราเกี่ยวกับความสัมพันธ์เชิงประจักษ์เหล่านี้ยังห่างไกลจากความสมบูรณ์
บางทีหนึ่งในสมมติฐานของเราเกี่ยวกับกระบวนการที่ขับเคลื่อนการควบรวมกิจการนั้นง่ายเกินไป ตัวอย่างเช่นหากศูนย์กลางของกาแลคซีมีก๊าซจำนวนมากมันสามารถทำหน้าที่เหมือนแรงเสียดทานพิเศษทำให้หลุมดำรวมกันเร็วกว่าที่คาดไว้ สิ่งนี้จะทำให้แอมพลิจูดที่เล็กกว่าที่คาดไว้ของพื้นหลังคลื่นความโน้มถ่วง
ในขณะนี้แต่ละสถานการณ์เหล่านี้มีความเป็นไปได้เท่าเทียมกัน การสังเกตอย่างต่อเนื่องของเช่นเดียวกับการสังเกตของจักรวาลที่ห่างไกลด้วยกล้องโทรทรรศน์ออพติคอลขนาดใหญ่ในไม่ช้าอาจทำให้เราสามารถแยกแยะความแตกต่างระหว่างแนวคิดเหล่านี้ได้ในไม่ช้า และวันหนึ่งเราอาจพบหลักฐานโดยตรงสำหรับการมีอยู่ของคลื่นความโน้มถ่วงที่เรากำลังมองหา
Paul Lasky, เพื่อนหลังปริญญาเอกใน Astrophysics คลื่นความโน้มถ่วงมหาวิทยาลัย MonashและRyan Shannonนักวิจัยศูนย์วิจัยดาราศาสตร์วิทยุนานาชาติมหาวิทยาลัยเคอร์ตินCSIRO-
บทความนี้ได้รับการตีพิมพ์ครั้งแรกเมื่อบทสนทนา- อ่านบทความต้นฉบับ-
