Gravitational-Wave Transient Catalog 4.0
เมื่อวัตถุที่หนาแน่นที่สุดในเอกภพชนและควบรวมกัน ความรุนแรงของเหตุการณ์ก็ส่งระลอกออกมาในรูปของคลื่นความโน้มถ่วง ซึ่งคืบคลานข้ามห้วงกาลและอวกาศ หลายร้อยล้านและกระทั่งหลายพันล้านปีแสง ในช่วงเวลาที่คลื่นความโน้มถ่วงวิ่งผ่านโลก ก็แทบไม่รู้สึกถึงระลอกในอวกาศเลย
แต่กระนั้น นักวิทยาศาสตร์ก็ยังสามารถตรวจจับได้ ต้องขอบคุณเครือข่ายหอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงทั่วโลก ได้แก่ หอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงมาตรแทรกสอดเลเซอร์(Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory; LIGO) ของมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติในสหรัฐฯ, มาตรแทรกสอดเวอร์โก(Virgo interferometer) ในอิตาลี และ เครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงคามิโอกะ(Kamioka Gravitational Wave Detector; KAGRA) ในญี่ปุ่น
เครือข่ายนี้ “รับฟัง” ระลอกแผ่วในสนามแรงโน้มถ่วงที่อาจมาจากการชนทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่ห่างไกลออกไป
ขณะนี้ กลุ่มความร่วมมือ LVK(LIGO-Virgo-KAGRA collaboration) ได้เผยแพร่การตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงชุดล่าสุด นำเสนอใน Astrophysical Journal Letters ฉบับพิเศษ จากการค้นพบนี้ ดูเหมือนว่าเอกภพกึกก้องไปด้วยเสียงแว่วจากการชนทั่วเอกภพ บัญชี GWTC-4(Gravitational-Wave Transient Catalog-4.0) ประกอบด้วยการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงจากส่วนการเดินเครื่องสำรวจครั้งที่สี่และเป็นครั้งล่าสุดของเครือข่าย ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างพฤษภาคม 2023 ถึงมกราคม 2024
ในระหว่างเก้าเดือนที่เดินเครืองสำรวจ หอสังเกตการณ์ได้ตรวจจับ “ว่าที่” คลื่นความโน้มถ่วงใหม่ 128 เหตุการณ์ซึ่งหมายความว่าสัญญาณน่าจะมีการแหล่งทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่สุดยอดและอยู่ไกลออกมา โดยรวม LVK ตรวจจับการควบรวมได้ประมาณ 300 เหตุการณ์ในการเดินเครื่องครั้งที่สี่ แต่ก็ไม่ใช่ว่าทั้งหมดจะรวมอยู่ในบัญชีรายชื่อ LVK บัญชีใหม่ทำให้คาตาล๊อกมีขนาดใหญ่ขึ้นเป็นสองเท่า โดยก่อนหน้านี้มีว่าที่เพียง 90 เหตุการณ์จากการเดินเครื่องสามครั้งก่อนหน้านี้
วิทยาศาสตร์ที่สวยงามที่เราได้กับบัญชีนี้เกิดขึ้นจากการพัฒนาความไวเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงขึ้นอย่างมาก เช่นเดียวกับเทคนิคการวิเคราะห์ที่ทรงพลังมากขึ้น Nergis Mavalvala สมาชิกกลุ่ม LVK ซึ่งเป็นคณบดีคณะวิทยาศาสตร์ เอ็มไอที และศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์ฟิสิกส์ กล่าว
ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา ดาราศาสตร์คลื่นความโน้มถ่วงได้ก้าวหน้าจากการตรวจจับครั้งแรก ไปสู่การสำรวจการควบรวมของหลุมดำได้หลายร้อยเหตุการณ์ Stephen Fairhurst ศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัยคาร์ดิฟฟ์ และโฆษก LIGO กล่าว การสำรวจเหล่านี้ช่วยให้เราได้เข้าใจว่าหลุมดำก่อตัวจากการยุบตัวของดาวมวลสูงได้อย่างไร, ตรวจสอบวิวัฒนาการทางเอกภพวิทยาของเอกภพและให้การยืนยันสัมพัทธภาพทั่วไปที่หนักแน่นมากขึ้น
หลุมดำคู่ที่เป็นแหล่งของการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงได้เป็นครั้งแรกถูกพบโดย LIGO ในปี 2015 และการชนของหลุมดำก็กลายเป็นแหล่งของคลื่นความโน้มถ่วงมากมายที่ตรวจจับได้นับตั้งแต่นั้นมา คู่ลักษณะนี้มักจะเป็นหลุมดำสองแห่งที่มีขนาดใกล้เคียงกัน(โดยปกติที่หลายสิบเท่ามวลดวงอาทิตย์) มาควบรวมกันกลายเป็นหลุมดำใหญ่ขึ้นแห่งเดียว แต่คลื่นความโน้มถ่วงก็ยังอาจถูกสร้างจากการชนของหลุมดำกับดาวนิวตรอนได้
ในขณะที่การชนของหลุมดำสองแห่งสร้างเพียงแต่คลื่นความโน้มถ่วง(หมายเหตุ แต่ก็อาจสร้างคลื่นแสงคู่เคียงในบางสถานการณ์) การชนที่มีดาวนิวตรอนมาเกี่ยวข้องจะสร้างแสงออกมาด้วย ซึ่งจะให้ข้อมูลเกี่ยวกับเหตุการณ์ที่มากกว่า มาให้นักวิทยาศาสตร์ได้ตรวจสอบ ในการเดินเครื่องสำรวจสามตรั้งแรก LVK ตรวจจับสัญญาณการชนจากหลุมดำกับดาวนิวตรอนได้จำนวนหนึ่ง และเหตุการณ์การชนอีกสองครั้งจากดาวนิวตรอนสองดวง
บัญชีใหม่ที่เผยแพร่นี้ได้เผยให้เห็นระบบคู่ที่มีความหลากหลายเพิ่มสูงขึ้น ได้ผลิตคลื่นความโน้มถ่วงออกมา นอกเหนือจากหลุมดำคู่แล้ว บัญชีใหม่ยังมีหลุมดำคู่ที่หนักที่สุด, หลุมดำคู่ที่มีมวลไม่สมมาตรมากที่สุด และคู่ที่หลุมดำทั้งสองแห่งต่างก็มีอัตราการหมุนรอบตัวที่สูงมาก บัญชียังมีคู่หลุมดำ-ดาวนิวตรอน อีก 2 คู่ด้วย
GWTC 4 เป็นบันทึกการควบรวมในอวกาศที่ตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงได้ระหว่างปี 2015 ถึง 2024 โดย LIGO, Virgo และ KAGRA แต่ละช่องเป็นเวลาและความถี่สัญญาณของแต่ละเหตุการณ์ ซึ่งเป็นการควบรวมของหลุมดำคู่, ดาวนิวตรอนคู่ หรืออย่างละหนึ่ง ข้างนอกในอวกาศ
ข้อความจากบัญชีนี้ก็คือ เรากำลังขยับขยายเข้าสู่ส่วนใหม่ในสิ่งที่เราเรียกว่า parameter space และเป็นหลุมดำที่หลากหลายใหม่เอี่ยมอย่างสิ้นเชิง Daniel Williams ผู้เขียนร่วม นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยกลาสโกว์ และสมาชิกทีม LVK กล่าว เรากำลังผลักดันพรมแดนนี้ และกำลังได้เห็นสิ่งที่ใหญ่มากขึ้น, หมุนรอบตัวเร็วขึ้น และมีความน่าสนใจและไม่ปกติในทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์มากขึ้น
LIGO, Virgo และ KAGRA ตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงโดยใช้เครื่องมือรูปตัว L ที่แต่ละแขนมีความกว้างหลายกิโลเมตร ซึ่งเรียกว่า มาตรแทรกสอด(interferometer) นักวิทยาศาสตร์ส่งเลเซอร์วิ่งตลอดความยาวของแต่ละแขน และตรวจจับเวลาแสงใช้วิ่งในแต่ละแขนกลับสู่แหล่งแสงอย่างแม่นยำ ความแตกต่างใดๆ ในเวลาที่เกิดขึ้นอาจหมายถึงมีคลื่นความโน้มถ่วงวิ่งผ่านและทำให้แสงส่ายไปเล็กน้อย
ในส่วนแรกของการเดินเครื่อง LVK รอบที่สี่ การตรวจจับทำโดยใช้ LIGO แฝดเพียงแหล่งเดียว โดยสถานีหนึ่งอยู่ที่ฮันฟอร์ด วอชิงตัน และอีกสถานีที่ลิฟวิงสตัน ลุยเซียนา การอัพเกรด LIGO เมื่อเร็วๆ นี้ช่วยให้พวกมันได้สำรวจหาสัญญาณจากดาวนิวตรอนคู่ได้ไกลมากถึง 360 เมกะพาร์เซคหรือ 1 พันล้านปีแสง(1 parsec ราว 3.26 ปีแสง) และสัญญาณจากระบบคู่ที่มีหลุมดำซึ่งอยู่ไกลออกไปกว่าเดิมหลายสิบเท่า
LVK network ประกอบด้วย LIGO(ซ้ายบน ฮันฟอร์ด ขวาล่าง ลิฟวิงสตัน), Virgo ซ้ายล่าง และ KAGRA ขวาบน
คุณไม่อาจจะทำนายได้ว่าคลื่นความโน้มถ่วงจะมาถึงเครื่องตรวจจับของคุณเมื่อไหร่ Amanda Baylor ผู้เขียนร่วมและสมาชิก LVK นักศึกษาปริญญาโทที่มหาวิทยาลัยวิสคอนซิน มิลวอคกี ซึ่งมีส่วนในกระบวนการสำรวจสัญญาณ กล่าว เราอาจจะตรวจจับถึง 5 ครั้งในวันเดียว หรือครั้งเดียวในทุกๆ 20 วัน เอกภพก็แค่ไม่แน่ไม่นอน
ท่ามกลางสัญญาณที่ไม่ปกติมากขึ้นเรื่อยๆ ที่ LIGO พบในช่วงแรกของการเดินเครื่องรอบสี่ก็คือ GW231123_135430 ซึ่งเป็นหลุมดำคู่ที่หนักที่สุดเท่าที่เคยพบ นักวิทยาศาสตร์ประเมินว่าสัญญาณมาจากการชนของหลุมดำที่หนักกว่าปกติ 2 แห่ง ซึ่งแต่ละแห่งมีมวลราว 130 เท่าดวงอาทิตย์(ในขณะที่หลุมดำที่กำลังควบรวมเกือบทั้งหมดอยู่ที่ราว 30 เท่า) หลุมดำที่หนักขึ้นมากบอกว่าแต่ละแห่งจะต้องเป็นผลผลิตของหลุมดำ “ต้นกำเนิด” ที่เบากว่านี้ จากการชนก่อนหน้านี้
อีกเหตุการณ์คือ GW231028_153006 ซึ่งเป็นคู่หลุมดำที่มีอัตราการหมุนรอบตัวที่สูงที่สุด ซึ่งหมายความว่าหลุมดำทั้งสองดูเหมือนจะหมุนรอบตัวเร็วมากๆ ที่ราว 40% ความเร็วแสง และอีกครั้งที่นักวิทยาศาสตร์สงสัยว่าหลุมดำทั้งสองนี้เป็นผลผลิตจากการควบรวมของหลุมดำขนาดเล็กกว่าสองแห่งก่อนหน้านี้ซึ่งปั่นพวกมันให้หมุนเร็วขึ้น O4 ยังพบ GW231118_005626 เป็นคู่ที่เทอย่างไม่ปกติ โดยหลุมดำแห่งหนึ่งมีมวลเป็นสองเท่าของอีกแห่ง
GW231123 คลื่นความโน้มถ่วงจากการควบรวมของหลุมดำที่หนักที่สุดเท่าที่เคยพบมา หลุมดำที่เกี่ยวข้องไม่น่าจะเกิดขึ้นได้จากเส้นทางปกติ โดยน่าจะเป็นผลผลิตจากการควบรวมของหลุมดำขนาดเล็กก่อนหน้านี้เป็นชุดๆ
หนึ่งในสิ่งที่น่าสนใจจากหลุมดำในบัญชีของเราก็คือมีคุณสมบัติที่หลากหลายมาก Jack Heinzel สมาชิกทีม LVK ผู้เขียนร่วม นักศึกษาปริญญาโทเอ็มไอทีซึ่งมีส่วนในการวิเคราะห์บัญชีรายชื่อ กล่าว บางแห่งก็มีมวลเกินร้อยเท่าดวงอาทิตย์ อีกหลายแห่งก็มีมวลเพียงไม่กี่เท่าดวงอาทิตย์เท่านั้น หลุมดำบางส่วนกำลังหมุนรอบตัวเร็ว อีกส่วนก็ไม่พบการหมุนรอบตัวเลย เรายังคงไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้ว่าหลุมดำก่อตัวในเอกภพได้อย่างไร แต่การสำรวจได้ให้แง่มุมที่สำคัญอย่างยิ่งสู่คำถามเหล่านี้
จากการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงใหม่ล่าสุดนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้เริ่มเชื่อมโยงคุณสมบัติหลุมดำทางสถิติ Salvatore Vitale สมาชิกทีม LVK รองศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ที่เอ็มไอที กล่าวว่า ยกตัวอย่างเช่น ชุดข้อมูลนี้ได้ขยายความเชื่อที่ว่าหลุมดำที่ชนกันก่อนหน้านี้ในความเป็นมาของเอกภพ ก็น่าจะมีอัตราการหมุนสูงขี้นได้ง่ายกว่าพวกที่ชนในภายหลัง ซึ่งได้สร้างคำถามที่น่าสนใจว่าสภาวะแบบไหนในเอกภพยุคต้นที่ทำให้หลุมดำหมุนรอบตัวได้เร็วขึ้น
การตรวจจับใหม่ยังช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ได้ทดสอบทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ ซึ่งอธิบายแรงโน้มถ่วงว่าเป็ฯคุณสมบัติทางเรขาคณิตของกาลและอวกาศ Aaron Zimmerman ผู้เขียนร่วมและสมาชิก LVK ผู้ช่วยศาสตราจารย์สาขาฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยเทกซัส ออสติน กล่าวว่า หลุมดำเป็นหนึ่งในการทำนายที่เป็นไอคอนและเหนือจริงที่สุดจากสัมพัทธภาพทั่วไป เมื่อหลุมดำชนกันพวกมันจะเขย่ากาลอวกาศได้รุนแรงกว่ากระบวนการอื่นๆ เกือบทั้งหมดที่เราจะสำรวจได้
เมื่อจะทดสอบทฤษฎีทางกายภาพ ก็เป็นเรื่องดีที่จะใช้สถานการณ์ที่สุดขั้วที่สุดที่จะทำได้ ซึ่งนี่จะเป็นช่วงที่ทฤษฎีของเรามีโอกาสจะพังทลายได้มากที่สุด และเป็นที่ที่มีโอกาสดีที่สุดที่จะได้ค้นพบอะไร
อัตราการหมุนรอบตัวของหลุมดำและการเรียงตัวของหลุมดำ อาจบอกถึงประวัติของคู่หลุมดำที่เข้ามาควบรวมเพื่อสร้างคลื่นความโน้มถ่วง
นักวิทยาศาสตร์ทดสอบสัมพัทธภาพทั่วไปโดยใช้ GW230814_230901 ซึ่งเป็นสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงที่ดังที่สุดเท่าที่เคยพบมา สัญญาณที่ชัดเจนอย่างน่าประหลาดใจช่วยให้นักวิทย์มีโอกาสในการตรวจสอบในรายละเอียด เพื่อดูว่ามีส่วนใดของสัญญาณที่อาจจะผิดเพี้ยนไปจากการทำนายของไอน์สไตน์หรือไม่ สัญญาณนี้ผลักดันขีดจำกัดการทดสอบสัมพัทธภาพทั่วไปไปอีก Zimmerman กล่าวว่า โดยรวมแล้ว ทฤษฎีก็ผ่านการทดสอบทั้งหมดไปได้
บัญชีใหม่ยังช่วยนักวิทย์ให้ตีวงปริศนาหลักประการหนึ่งในทางเอกภพวิทยาได้ก็คือ การขยายตัวของเอกภพในปัจจุบันเร็วแค่ไหน โดยตรวจสอบค่าคงที่ฮับเบิล(Hubble constant) วิธีการมากมายโดยใช้แหล่งทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่ต่างกัน ก็ให้คำตอบที่ขัดแย้งกัน คลื่นความโน้มถ่วงจึงเป็นทางเลือกในการตรวจสอบค่าคงที่ฮับเบิล ได้แบบค่อนข้างตรงไปตรงมาว่า คลื่นเหล่านี้เดินทางมาไกลแค่ไหน
หลุมดำที่ควบรวมกันอยู่มีคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์จริงๆ เราสามารถบอกได้ว่าพวกมันอยู่ไกลจากโลกแค่ไหนจากการวิเคราะห์สัญญาณ Rachel Gray ผู้เขียนร่วม สมาชิก LVK อาจารย์จากมหาวิทยาลัยกลาสโกว์ กล่าว ดังนั้น การควบรวมของหลุมดำทุกเหตุการณ์จึงช่วยให้เราได้ตรวจสอบค่าคงที่ฮับเบิล และโดยการรวบรวมแหล่งคลื่นทั้งหมดเข้าด้วยกัน เราก็สามารถปรับปรุงการตรวจสอบได้เที่ยงตรงเพิ่มขึ้นอย่างมาก
มวลวัตถุในสุสานซากวัตถุ
ด้วยการวิเคราะห์การตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงทั้งหมดในบัญชีทั้งหมดของ LVK นักวิทย์ก็หาค่าคงที่ฮับเบิลค่าใหม่ที่เป็นอิสระ ซึ่งบอกว่าเอกภพกำลังขยายตัวด้วยอัตรา 76 กิโลเมตรต่อวินาทีต่อเมกะพาร์เซค นี่ยังคงเป็นแค่ช่วงต้นของวิธีการนี้ และเราก็คาดว่าจะปรับปรุงความแม่นยำเพิ่มขึ้นได้เมื่อเราตรวจจับแหล่งคลื่นความโน้มถ่วงได้มากขึ้น Gray กล่าว
การตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงใหม่แต่ละเหตุการณ์ช่วยให้เราได้ไขปริศนาอื่นๆ ในเอกภพได้ในแบบที่เราไม่น่าทำได้ในทศวรรษก่อน Lucy Thomas ซึ่งนำทีมวิเคราะห์บัญชีรายชื่อบางส่วน และนักวิจัยหลังปริญญาเอกที่ LIGO Lab คาลเทค กล่าว มันน่าตื่นเต้นอย่างมากที่จะคิดว่าปริศนาทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์และสิ่งที่สร้างความประหลาดใจใดที่เราจะได้พบด้วยการเดินเครื่องในอนาคต
แหล่งข่าว phys.org : new LVK catalog adds 128 gravitational-wave candidates, more than doubling detections
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2026 Blockdit
