ลิโก/ที. ไพล์
ที่หอดูดาวคลื่นความโน้มถ่วงเลเซอร์อินเทอร์เฟอโรมิเตอร์ (LIGO)ได้ทำอีกครั้งโดยตรวจพบกระเพื่อมออกจากการชนกันของจักรวาลระหว่างคู่ของ- ครั้งนี้เท่านั้นที่ทั้งคู่พบกันที่ห่างออกไปประมาณ 3 พันล้านปีแสง
นี่เป็นครั้งที่สามที่หอดูดาววัดเหตุการณ์ดังกล่าวได้สำเร็จ แต่เมื่อคุณคิดว่าคุณเคยเห็นมันมาก่อน การชนกันครั้งนี้มาพร้อมกับการบิดตัวอย่างแท้จริง – หลุมดำอย่างน้อยหนึ่งหลุมดูเหมือนจะหมุนไปในทิศทางที่ผิดปกติ .
คุณอาจจะจำสิ่งนั้นได้เพลงฮิตครั้งแรกของ LIGOได้รับการประกาศย้อนกลับไปเมื่อเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2559 ซึ่งเป็นเวลาห้าเดือนอย่างระมัดระวังหลังจากระลอกคลื่นทางทฤษฎีในอวกาศ-เวลาทำนายโดยถูกสังเกตครั้งแรก
กคลื่นชุดที่สองถูกตรวจพบในวันคริสต์มาสปี 2015 ทำให้เกิดถุงน่องขนาดมหึมาสำหรับนักวิทยาศาสตร์
ขณะนี้นักวิจัยได้ยืนยันแล้วว่าหนึ่งในสามตรวจพบการควบรวมกิจการเมื่อวันที่ 4 มกราคม พ.ศ. 2560 ทำให้ได้รับชื่อที่น่าจดจำ GW170104
การชนครั้งแรกทำให้เกิดหลุมดำดวงเดียวซึ่งมีมวลประมาณ 62 เท่าของดวงอาทิตย์ ในขณะที่ครั้งที่สองทำให้เกิดมวลเบาเมื่อเปรียบเทียบ โดยมีมวลเพียง 21 เท่าของดวงอาทิตย์
หลุมดำที่เกิดจากการรวมตัวกันครั้งล่าสุดนี้เติมช่องว่างระหว่างสองหลุมแรก ซึ่งคิดเป็น 49 เท่าของมวลดวงอาทิตย์
"เรายังได้รับการยืนยันเพิ่มเติมเกี่ยวกับการมีอยู่ของหลุมดำมวลดาวฤกษ์ที่มีขนาดใหญ่กว่า 20 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ ซึ่งเป็นวัตถุที่เราไม่รู้ว่ามีอยู่ก่อนที่ LIGO จะตรวจพบพวกมัน"David Shoemaker จาก MIT กล่าวโฆษกของ LIGO Scientific Collaboration
แต่ GW170104 ดูเหมือนจะเป็นเรื่องแปลกในวิธีที่น่าสนใจอย่างน้อยหนึ่งวิธี
ถึงแม้จะมองเห็นได้ยาก แต่หลุมดำสามารถหมุนได้จริง- และเราไม่ได้แค่พูดถึงจานร้อนของวัตถุที่หมุนวนไปรอบๆ มัน มวลจริงมีโมเมนตัมเชิงมุม ซึ่งหมายความว่าหลุมดำเองก็หมุนรอบแกนของมันเอง
เมื่อหลุมดำสองหลุมหมุนไปในทิศทางเดียวกันกับวงโคจรของมันรอบกันและกัน นักดาราศาสตร์บอกว่าพวกมัน "อยู่ในแนวเดียวกัน"
“การจัดแนวของการหมุนสามารถส่งผลต่อรูปคลื่นของคลื่นความโน้มถ่วงที่มาจากระบบหลุมดำไบนารี่ ดังนั้นบางครั้งเราสามารถบอกได้ว่าการหมุนนั้นอยู่ในแนวเดียวกันหรือไม่”โรเบิร์ต วอร์ดจากมหาวิทยาลัยแห่งชาติออสเตรเลีย (ANU) ที่ไม่เกี่ยวข้องกับการค้นพบนี้ อธิบายกับ ScienceAlert
และปรากฏว่าหลุมดำของ GW170104 อย่างน้อยหนึ่งหลุมไม่อยู่ในแนวเดียวกัน
สิ่งนี้ทำให้นักดาราศาสตร์มีเบาะแสสำคัญว่าหลุมดำสามารถรวมตัวกันเพื่อสร้างระบบดาวคู่ได้อย่างไร
แบบจำลองยอดนิยมสองแบบแนะนำว่าพวกมันเริ่มต้นจากการที่ดาวฤกษ์โคจรรอบกันและกันก่อนที่จะกลายเป็นหลุมดำซึ่งแค่เต้นต่อไป หรือเป็นหลุมดำสองแห่งที่อยู่ห่างไกลซึ่งจมเข้าหากันก่อนที่จะตกลงสู่วงโคจร
ด้วยการสังเกตการณ์หลุมดำที่หมุนไปในทิศทางตรงกันข้ามกับวงโคจรของมัน นักดาราศาสตร์จึงมีหลักฐานว่าหลุมดำจับคู่กันหลังจากการหมุนรอบตัวเองได้เกิดขึ้นแล้ว
ดังที่คุณอาจจินตนาการได้ การชนของหลุมดำจัดว่าเป็นเหตุการณ์ที่ทรงพลังที่สุดในจักรวาล โดย LIGO รวมตัวกันครั้งแรกซึ่งปล่อยออกมาในวินาทีสุดท้ายโดยประมาณพลังงานเพิ่มขึ้น 10 เท่าเป็นคลื่นความโน้มถ่วงมากกว่าปริมาณพลังงานแสงที่หลั่งไหลออกมาจากดวงดาวทุกดวงในจักรวาล
อย่างไรก็ตาม ที่ระยะห่าง 1.3 พันล้านปีแสง เมื่อถึงเวลาที่ระลอกคลื่นเหล่านั้นพัดถล่มโลก พวกมันก็บิดเบือนอวกาศในระยะทางประมาณโปรตอนหนึ่งตัว
การรวมตัวกันของหลุมดำที่ตรวจพบครั้งล่าสุดนี้มีขนาดเล็กกว่าและห่างออกไปมากกว่าสองเท่า และยังคงตรวจพบได้ และลองคิดดูว่า LIGO เพิ่งจะอุ่นเครื่อง
“เครื่องตรวจจับ LIGO ยังไม่ถึงสิ่งที่เราเรียกว่า 'ความไวในการออกแบบ' ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วหมายถึงการทำงานอย่างเต็มศักยภาพ” Ward อธิบาย
การปรับปรุงความไวในการออกแบบในที่สุดอาจทำให้เราสามารถศึกษาปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ที่มีพลังน้อยลง (แต่ยังคงมีขนาดใหญ่) เช่น การชนกันของดาวนิวตรอน
"เมื่อ Advanced LIGO มีความไวในการออกแบบเต็มที่แล้ว ก็ควรจะสามารถมองเห็นไบนารี่ได้รวมกันเป็นประมาณ 650 ล้านปีแสง"ซูซาน สกอตต์จาก ANU อธิบายให้ ScienceAlert ทราบด้วย
แม้แต่เสียงฮัมแรงโน้มถ่วงจากดาวนิวตรอนก็สามารถตรวจพบได้ในทางทฤษฎีเมื่อ LIGO มีความไวเพียงพอ
“ถ้าดาวนิวตรอนมีความผิดปกติเล็กน้อยในเปลือกโลก หรือมี 'ภูเขา' เล็กๆ บนดาวเหล่านั้น เมื่อดาวนิวตรอนหมุนโครงสร้างมวลที่เปลี่ยนแปลงไปในการหมุนแต่ละครั้งเนื่องจากความไม่สมดุลเหล่านี้จะทำให้เกิดกระแสคลื่นความโน้มถ่วงอย่างต่อเนื่อง" สกอตต์กล่าว
ด้วยมวลของดาวฤกษ์อัดแน่นอยู่ในรัศมีประมาณ 10 กิโลเมตร และการหมุนรอบตัวเองนับร้อยครั้งต่อวินาที แม้แต่การกระแทกที่สูงเพียง 10 เซนติเมตรก็เพียงพอที่จะโยนคลื่นความโน้มถ่วงที่ตรวจพบออกสู่จักรวาลได้
เหตุการณ์ใหม่แต่ละเหตุการณ์ที่ตรวจพบยังเปิดโอกาสให้นักฟิสิกส์ทดสอบทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปอีกครั้งหนึ่ง
มั่นใจได้ว่าหลังจากการสังเกตครั้งที่สามนี้ ทฤษฎีของไอน์สไตน์ยังคงแข็งแกร่ง แต่แม้ปัญหาเพียงเล็กน้อยในความแม่นยำของทฤษฎีก็สามารถเปิดทางไปสู่ฟิสิกส์ใหม่ที่อาจแสดงให้เห็นว่ามันเป็นอย่างไร-
มีข้อสงสัยนิดหน่อยหอดูดาวได้พิสูจน์คุณค่าของมันแล้ว และเราจะใช้มันเพื่อรับฟังข้อมูลจากจักรวาลให้มากขึ้นในอนาคต
ผลการวิจัยได้รับการตีพิมพ์ในจดหมายทบทวนทางกายภาพ-
