กับการค้นพบที่อาจจะเปลี่ยนความเข้าใจเดิมๆ ไปตลอดกาล โดย NARIT สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ โพสต์ผ่านเฟซบุ๊ก ระบุ “#LIGO ค้นพบการชนกันระหว่างหลุมดำกับวัตถุปริศนาที่ไม่เคยมีการค้นพบมาก่อน
เมื่อประมาณ 800 ล้านปีที่แล้ว เกิดการชนกันครั้งยิ่งใหญ่ระหว่างวัตถุที่หนาแน่นสองวัตถุ การรวมตัวกันดังกล่าวนี้ส่งผลให้กาลอวกาศโดยรอบบิดเบี้ยวและกระเพื่อมออกไปในลักษณะของคลื่นความโน้มถ่วง คลื่นความโน้มถ่วงนี้เดินทางข้ามห้วงอวกาศมาเป็นเวลากว่า 800 ล้านปี ก่อนที่จะถูกตรวจพบโดยเครื่องตรวจวัดคลื่นความโน้มถ่วง LIGO ในวันที่ 14 สิงหาคม 2019
ล่าสุดงานวิจัยที่ถูกตีพิมพ์ในวารสารวิชาการ Astrophysical Journal Letters ในวันที่ 23 มิถุนายน 2020 ได้ค้นพบว่าสัญญาณที่ตรวจวัดได้ในครั้งนี้นั้นเกิดขึ้นจากการรวมตัวกันระหว่างหลุมดำขนาดมวล 23 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ กับวัตถุหนาแน่นอีกวัตถุหนึ่งมวล 2.6 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ที่ยังไม่เคยมีใครค้นพบมาก่อน
- LIGO และการตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วง
ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอสไตน์ กล่าวว่าแรงโน้มถ่วงเกิดขึ้นจากมวลของวัตถุที่ทำให้กาลอวกาศรอบๆ มวลนั้นบิดเบี้ยวไป และการบิดเบี้ยวของกาลอวกาศนี้เองที่ทำให้มวลมีการเคลื่อนที่ภายใต้แรงโน้มถ่วง จากทฤษฎีนี้ หากเรามีวัตถุที่มีมวลมากๆ เช่นหลุมดำ รวมตัวเข้าด้วยกัน ผลของกาลอวกาศที่บิดเบี้ยวไปอย่างเฉียบพลันจะกระเพื่อมออกไปในรูปของคลื่นความโน้มถ่วง เช่นเดียวกับคลื่นผิวน้ำเมื่อเราโยนก้อนหินลงไปในบ่อน้ำ
LIGO สามารถตรวจวัดคลื่นความโน้มถ่วงได้ โดยการอาศัยกระจกสะท้อนแสงเลเซอร์ไปมาภายในท่อที่มีระยะทาง 4 กิโลเมตร เมื่อมีคลื่นความโน้มถ่วงผ่านมาในท่อนี้ จะทำให้กาลอวกาศภายในระยะทาง 4 กิโลเมตรนี้เกิดการยืดและหดทำให้ระยะทางเปลี่ยนแปลงไป และสามารถตรวจวัดได้ด้วยแสงเลเซอร์ โดยระยะทางที่เปลี่ยนแปลงไปโดยคลื่นความโน้มถ่วงแต่ละครั้งนั้นมีระยะทางสั้นกว่าขนาดของอะตอมเสียอีก
สามารถอ่านเรื่องเกี่ยวกับ LIGO และการตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงครั้งแรกได้ที่ https://www.facebook.com/matiponblog/photos/a.255101608033386/4277499107...
ภาพจาก https://aasnova.org/
- การค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงจากการชนที่ "ไม่สมมาตร"
นี่ไม่ใช่การค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงเป็นครั้งแรกของ LIGO อย่างไรก็ตาม ก่อนหน้านี้คลื่นความโน้มถ่วงที่ค้นพบในแต่ละครั้งนั้นเกิดขึ้นจากการชนของวัตถุสองวัตถุที่ "สมมาตร" หรือมีมวลใกล้เคียงกัน การค้นพบ คลื่นความโน้มถ่วงที่มีชื่อว่า GW190814 ในครั้งนี้ เป็นคลื่นความโน้มถ่วงที่เกิดจากการชนของสองวัตถุที่มีอัตราส่วนระหว่างมวลต่างกันมากที่สุด โดยมีอัตราส่วนระหว่างมวลถึง q = 0.112 ซึ่งเกิดขึ้นจากการชนระหว่างวัตถุที่มีมวล 23 เท่า และ 2.6 เท่าของมวลดวงอาทิตย์
- วัตถุที่ยังไม่เคยมีใครค้นพบมาก่อน
แต่เรื่องที่แปลกที่สุดสำหรับกรณีนี้ก็คือมวล 2.6 เท่าของวัตถุที่สอง ปัจจุบันเราทราบว่าวัตถุที่มีความหนาแน่น (compact objects) เพียงพอที่จะสร้างคลื่นความโน้มถ่วงจากการชนกันในระดับที่ตรวจวัดได้มีแต่เพียงหลุมดำกับดาวนิวตรอน อย่างไรก็ตาม จากทฤษฎีแล้ว เราพบว่าดาวนิวตรอนที่มีมวลมากที่สุดที่แรงผลักดันระหว่างนิวตรอนจะประคองเอาไว้ได้ควรจะมีมวลเพียง 2.5 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ แต่ในทางกลับกัน หลุมดำที่มีมวลน้อยที่สุดที่เราเคยค้นพบก็มีมวลเพียงแค่ 5 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ มวลของวัตถุนี้จึงตกอยู่ในช่วงช่องว่างที่ยังไม่เคยมีการค้นพบวัตถุใดอื่นอีกเลย จึงเท่ากับว่าวัตถุนี้เป็นวัตถุที่ยังไม่เคยมีใครค้นพบมาก่อน
วัตถุใหม่ที่เพิ่งค้นพบนี้ จึงอาจจะเป็นหลุมดำที่มีมวลน้อยที่สุดเท่าที่เคยมีการค้นพบ หรืออาจจะเป็นดาวนิวตรอนที่มีมวลมากที่สุด ซึ่งไม่ว่าในทางใดก็จะเป็นการค้นพบใหม่ที่จะเปลี่ยนสิ่งที่เราเข้าใจแต่เดิมไปตลอดกาล
อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันเราไม่มีข้อมูลเพียงพอที่จะยืนยันว่าสิ่งที่เกิดขึ้นนี้เกิดจากวัตถุประเภทใดกันแน่ เนื่องจาก GW190814 นี้ไม่ได้เปล่งแสงที่เราสังเกตได้ออกมา ซึ่งส่วนหนึ่งอาจจะเป็นเพราะความแตกต่างระหว่างมวลของวัตถุทั้งสอง ที่ทำให้แม้กระทั่งแสงที่เกิดขึ้นถูกดูดกลืนเข้าไปในหลุมดำไปตลอดกาล และด้วยระยะห่าง 800 ล้านปีแสงก็ทำให้แสงใดๆ ที่หลุดรอดออกมาได้ก็จะหรี่เกินกว่าที่จะสังเกตเห็นได้ เราจึงไม่มีวันที่จะทราบถึงข้อมูลใดๆ อื่นได้อีกเลยเกี่ยวกับปรากฏการณ์ปริศนานี้
แต่การค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงในลักษณะที่ใกล้กันในอนาคตอาจจะช่วยบอกเราได้มากขึ้นถึงการค้นพบนี้ ถ้าหากว่าการชนกันของวัตถุขนาดกลางในอนาคตมีมวลอยู่ระหว่าง 2.5-3 เท่ามวลดวงอาทิตย์ เท่ากับว่าจะต้องมีดาวนิวตรอนมวลมากอยู่มากกว่าที่เราเคยคาดคิด แต่หากเราพบการกระจายตัวของมวลวัตถุขนาดกลางตั้งแต่ 2-5 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ แสดงว่าหลุมดำขนาดจิ๋วนั้นเป็นสิ่งที่แพร่หลายกว่า
ซึ่งไม่ว่าคำตอบจะเป็นเช่นไร ก็จะนำไปสู่คำถามที่น่าสนใจต่อไปอีกว่า แล้ววัตถุที่มีขนาดแตกต่างกันสองวัตถุนี้มาอยู่ใกล้กันได้อย่างไรตั้งแต่ทีแรก
ข้อมูล : ดร. มติพล ตั้งมติธรรม - ผู้เชี่ยวชาญดาราศาสตร์ สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ
อ้างอิง :
[1] https://aasnova.org/2020/06/23/ligo-virgos-new-find-shakes-things-up/?fb...
[2] https://www.sciencenews.org/article/ligo-virgo-detected-collision-black-...
[3] https://www.facebook.com/matiponblog/photos/a.255101608033386/4277499107..."
ภาพจาก https://aasnova.org/
- การค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงจากการชนที่ "ไม่สมมาตร"
นี่ไม่ใช่การค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงเป็นครั้งแรกของ LIGO อย่างไรก็ตาม ก่อนหน้านี้คลื่นความโน้มถ่วงที่ค้นพบในแต่ละครั้งนั้นเกิดขึ้นจากการชนของวัตถุสองวัตถุที่ "สมมาตร" หรือมีมวลใกล้เคียงกัน การค้นพบ คลื่นความโน้มถ่วงที่มีชื่อว่า GW190814 ในครั้งนี้ เป็นคลื่นความโน้มถ่วงที่เกิดจากการชนของสองวัตถุที่มีอัตราส่วนระหว่างมวลต่างกันมากที่สุด โดยมีอัตราส่วนระหว่างมวลถึง q = 0.112 ซึ่งเกิดขึ้นจากการชนระหว่างวัตถุที่มีมวล 23 เท่า และ 2.6 เท่าของมวลดวงอาทิตย์
- วัตถุที่ยังไม่เคยมีใครค้นพบมาก่อน
แต่เรื่องที่แปลกที่สุดสำหรับกรณีนี้ก็คือมวล 2.6 เท่าของวัตถุที่สอง ปัจจุบันเราทราบว่าวัตถุที่มีความหนาแน่น (compact objects) เพียงพอที่จะสร้างคลื่นความโน้มถ่วงจากการชนกันในระดับที่ตรวจวัดได้มีแต่เพียงหลุมดำกับดาวนิวตรอน อย่างไรก็ตาม จากทฤษฎีแล้ว เราพบว่าดาวนิวตรอนที่มีมวลมากที่สุดที่แรงผลักดันระหว่างนิวตรอนจะประคองเอาไว้ได้ควรจะมีมวลเพียง 2.5 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ แต่ในทางกลับกัน หลุมดำที่มีมวลน้อยที่สุดที่เราเคยค้นพบก็มีมวลเพียงแค่ 5 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ มวลของวัตถุนี้จึงตกอยู่ในช่วงช่องว่างที่ยังไม่เคยมีการค้นพบวัตถุใดอื่นอีกเลย จึงเท่ากับว่าวัตถุนี้เป็นวัตถุที่ยังไม่เคยมีใครค้นพบมาก่อน
วัตถุใหม่ที่เพิ่งค้นพบนี้ จึงอาจจะเป็นหลุมดำที่มีมวลน้อยที่สุดเท่าที่เคยมีการค้นพบ หรืออาจจะเป็นดาวนิวตรอนที่มีมวลมากที่สุด ซึ่งไม่ว่าในทางใดก็จะเป็นการค้นพบใหม่ที่จะเปลี่ยนสิ่งที่เราเข้าใจแต่เดิมไปตลอดกาล
อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันเราไม่มีข้อมูลเพียงพอที่จะยืนยันว่าสิ่งที่เกิดขึ้นนี้เกิดจากวัตถุประเภทใดกันแน่ เนื่องจาก GW190814 นี้ไม่ได้เปล่งแสงที่เราสังเกตได้ออกมา ซึ่งส่วนหนึ่งอาจจะเป็นเพราะความแตกต่างระหว่างมวลของวัตถุทั้งสอง ที่ทำให้แม้กระทั่งแสงที่เกิดขึ้นถูกดูดกลืนเข้าไปในหลุมดำไปตลอดกาล และด้วยระยะห่าง 800 ล้านปีแสงก็ทำให้แสงใดๆ ที่หลุดรอดออกมาได้ก็จะหรี่เกินกว่าที่จะสังเกตเห็นได้ เราจึงไม่มีวันที่จะทราบถึงข้อมูลใดๆ อื่นได้อีกเลยเกี่ยวกับปรากฏการณ์ปริศนานี้
แต่การค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงในลักษณะที่ใกล้กันในอนาคตอาจจะช่วยบอกเราได้มากขึ้นถึงการค้นพบนี้ ถ้าหากว่าการชนกันของวัตถุขนาดกลางในอนาคตมีมวลอยู่ระหว่าง 2.5-3 เท่ามวลดวงอาทิตย์ เท่ากับว่าจะต้องมีดาวนิวตรอนมวลมากอยู่มากกว่าที่เราเคยคาดคิด แต่หากเราพบการกระจายตัวของมวลวัตถุขนาดกลางตั้งแต่ 2-5 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ แสดงว่าหลุมดำขนาดจิ๋วนั้นเป็นสิ่งที่แพร่หลายกว่า
ซึ่งไม่ว่าคำตอบจะเป็นเช่นไร ก็จะนำไปสู่คำถามที่น่าสนใจต่อไปอีกว่า แล้ววัตถุที่มีขนาดแตกต่างกันสองวัตถุนี้มาอยู่ใกล้กันได้อย่างไรตั้งแต่ทีแรก
ข้อมูล : ดร. มติพล ตั้งมติธรรม - ผู้เชี่ยวชาญดาราศาสตร์ สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ
อ้างอิง :
[1] https://aasnova.org/2020/06/23/ligo-virgos-new-find-shakes-things-up/?fb...
[2] https://www.sciencenews.org/article/ligo-virgo-detected-collision-black-...
[3] https://www.facebook.com/matiponblog/photos/a.255101608033386/4277499107..."