วันที่ 1 มิถุนายน ทีมงาน LIGO ได้รายงานการค้นพบสัญญาณที่ส่งออกมาจากการรวมตัวของหลุมดำสองหลุมในรูปของคลื่นความโน้มถ่วงเป็นครั้งที่สาม
Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) คือเครื่องตรวจวัดความโน้มถ่วง โดยมีลักษณะเป็นท่อสุญญากาศ 2 ท่อความยาว 4 กิโลเมตร ทำมุมฉากกันในรูปของตัว L ที่ปลายของท่อมีกระจกเงาที่สะท้อนแสงเลเซอร์อยู่ เมื่อคลื่นความโน้มถ่วงเคลื่อนที่ผ่านเครื่องตรวจวัดนี้ จะรบกวนระยะห่างตลอดความยาว 4 กม. มีผลทำให้กาลอวกาศภายในท่อมีความเปลี่ยนแปลงไปเล็กน้อย แต่สามารถตรวจวัดได้ผ่านทางการแทรกสอดของแสงเลเซอร์ที่สะท้อนจากอีกท่อหนึ่ง
ด้วยเครื่องตรวจวัดสองเครื่องที่ LIGO Livingston Observatory และ LIGO Hanford Observatory ซึ่งอยู่ห่างกัน 3,000 กม. ทำให้เราสามารถยืนยันได้ว่าสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงดังกล่าวไม่ได้เกิดจากการรบกวนหรือการสั่นสะเทือนในละแวกใกล้เคียง และยังสามารถบอกเราได้ถึงทิศทางที่คลื่นความโน้มถ่วงเดินทางมายังโลกของเรา
LIGO ได้ตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงไปครั้งแรกเมื่อเดือนกันยายน 2015 ครั้งที่สองในเดือนธันวาคม 2015 และเมื่อวันที่ 4 มกราคม 2017 เครื่องตรวจวัด LIGO ทั้งสองได้ตรวจพบสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงอีกสัญญาณหนึ่ง มีชื่อว่า GW170104
ซึ่งทั้งสามครั้งพบว่าเป็นสัญญาณที่มาจากหลุมดำขนาดมวลไม่กี่สิบเท่าของมวลดวงอาทิตย์
คลื่นความโน้มถ่วงที่ตรวจพบได้ล่าสุดนี้ พบว่ามาจากหลุมดำสองหลุมที่มีมวล 32 และ 19 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ รวมตัวกันเป็นหลุมดำมวล 49 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ ในขณะที่มวลที่หายไปถูกเปลี่ยนไปอยู่ในรูปของพลังงานคลื่นความโน้มถ่วง
การตรวจพบล่าสุด เป็นการตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงจากการรวมตัวของหลุมดำที่อยู่ห่างออกไปที่สุด โดยมีระยะห่างออกไปจากโลกถึง 3 พันล้านปีแสง นั่นหมายความว่าการรวมตัวของหลุมดำนี้เกิดขึ้นเมื่อ 3 พันล้านปีที่แล้ว แต่คลื่นความโน้มถ่วงต้องใช้เวลาถึง 3 พันล้านปีกว่าจะเดินทางมาถึงโลกของเรา
นอกไปจากนี้ ในการตรวจพบครั้งนี้เรายังได้ทราบถึงข้อมูลเกี่ยวกับทิศทางในการหมุนของหลุมดำ และเราพบว่าหลุมดำอย่างน้อยหนึ่งหลุมมีทิศทางในการหมุนรอบตัวเองที่ไม่ตรงกับระนาบการโคจรระหว่างหลุมดำทั้งสอง
ซึ่งนับเป็นครั้งแรกที่มีการพบหลักฐานถึงหลุมดำที่มีแกนหมุนไม่ตรงกับระนาบโคจร
ปัจจุบันนี้ เรามีทฤษฎีกำเนิด ‘หลุมดำคู่ (binary black hole)’ อยู่ด้วยกันสองทฤษฎี ทฤษฎีแรกหลุมดำคู่เกิดจากดาวคู่ที่ระเบิดและกลายไปเป็นหลุมดำ เนื่องจากดาวคู่จะมีทิศทางในการหมุนที่อยู่ในทางเดียวกับระนาบโคจร หลุมดำคู่ที่เกิดจากวิธีนี้จึงควรจะมีทิศทางในการหมุนที่อยู่ในระนาบเช่นเดียวกัน ทฤษฎีที่สองบอกว่าหลุมดำคู่มารวมตัวกันในภายหลังภายในกระจุกดาวที่หนาแน่น ซึ่งการรวมตัวกันในลักษณะนี้จะได้หลุมดำสองหลุมที่มีทิศทางหมุนไม่ตรงกันกับระนาบโคจรระหว่างหลุมดำทั้งสอง
ทิศทางในการหมุนของ GW170104 นี้บ่งชี้ไปถึงหลุมดำที่มารวมตัวกันในภายหลัง ซึ่งหากเรามีประชากรของหลุมดำมากพอ อาจจะสามารถบอกเราได้มากขึ้นเกี่ยวกับทฤษฎีกำเนิดหลุมดำ
นอกจากนี้ การตรวจพบครั้งนี้ยังเป็นการยืนยันถึงทฤษฎีของไอน์สไตน์ที่ดีอีกครั้งหนึ่ง เมื่อคลื่นเช่นคลื่นแสง เดินทางผ่านตัวกลางเช่นหยดน้ำหรือปริซึม แสงที่มีความยาวคลื่นไม่เท่ากันจะมีความเร็วในการเคลื่อนที่ที่ไม่ตรงกัน เป็นเหตุผลที่ทำให้เราสามารถสังเกตรุ้งกินน้ำหลังฝนตกหรือจากปริซึมได้ ปรากฏการณ์ของคลื่นนี้เรียกว่า ‘dispersion’
ซึ่งไอน์สไตน์ทำนายเอาไว้ล่วงหน้าว่าจะเป็นปรากฏการณ์ที่ไม่เกิดขึ้นกับคลื่นความโน้มถ่วง และการตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงนี้ก็ดูเหมือนจะยืนยันคำทำนายของไอสไตน์
อย่างไรก็ตาม เครื่องตรวจวัด LIGO นั้นสามารถตรวจวัดคลื่นความโน้มถ่วงที่มาจากการรวมตัวกันของวัตถุอื่นได้อีก เช่น การรวมตัวกันของดาวนิวตรอน หรือการรวมตัวกันของหลุมดำขนาดหลายร้อยหรือหลายพันเท่าของมวลดวงอาทิตย์ขึ้นไป (supermassive black hole) ซึ่งการที่เรายังไม่ตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงที่มาจากวัตถุอื่นใดอีกเลย นอกจากหลุมดำขนาด 20-50 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ในการตรวจพบสามครั้งแรกนั้น อาจจะเป็นปริศนาที่น่าสนใจไม่แพ้สิ่งที่ตรวจพบได้เลยเสียอีก
อ้างอิงข้อมูลจาก
[2] journals.aps.org
