Blockdit Logo (Mobile)
Antfield
•
28 ม.ค. เวลา 08:35 • วิทยาศาสตร์ & เทคโนโลยี

องค์การอวกาศยุโรปให้ไฟเขียวกับโครงการ "ลิซ่า" ในการใช้เลเซอร์เพื่อตรวจจับคลื่นแรงโน้มถ่วงในอวกาศ

โครงการลิซ่านี้ย่อมาจาก Laser Interferometer Space Antenna (LISA) เป็นระบบตรวจจับคลื่นแรงโน้มถ่วงแบบเดียวกับหอสังเกตการณ์ไลโก (LIGO: Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory) ที่เมืองแฮนฟอร์ด รัฐวอชิงตัน และเมืองลิฟวิงสตัน รัฐลุยเซียนาอเมริกา (ทั้ง 2 แห่งอยู่ห่างกัน 3,000 กิโลเมตร)
หอสังเกตการณ์ LIGO ที่เมืองแฮนฟอร์ด
ที่ LIGO ต้องมี 2 แห่งตั้งห่างกัน 3,000 กิโลนั้นก็ด้วยข้อจำกัดของสถานที่ตั้งหอสังเกตการณ์ที่อยู่บนโลกซึ่งด้วยความไวของระบบตรวจจับนั้นอาจถูกปัจจัยรบกวนการตรวจวัดจากบนโลก เช่น ยานยนต์ที่วิ่งผ่านหรือกิจกรรมทางธรณีวิทยา
ด้วยการสังเกตความต่างเฟสของแสงเลเซอร์ที่สะท้อนมาจากทั้ง 2 ท่อตรวจวัดที่แต่ละท่อยาว 4 กิโลเมตรก็จะสามารถตรวจจับการกระเพิ่มของคลื่นแรงโน้มถ่วงที่มาจากอวกาศอันไกลโพ้นได้
และหอสังเกตการณ์คลื่นแรงโน้มถ่วงนี้ยังมีที่ตั้งกระจายอยู่ทั่วโลกอีกหลายแห่งเพื่อช่วยยืนยันการตรวจจับคลื่นแรงโน้มถ่วงที่กระเพิ่มมาถึงโลก
หอสังเกตการณ์คลื่นแรงโน้มถ่วงยังมีอีก 4 แห่งที่ยุโรป อินเดีย และญี่ปุ่น
ซึ่งองค์การอวกาศยุโรป (ESA) ร่วมกับเหล่าพันธมิตรอันได้แก่ NASA และ international consortium of scientists(the LISA consortium) ได้ร่วมกันพัฒนาโครงการเพื่อสร้างชุดอุปกรณ์ตรวจวัดคลื่นแรงโน้มถ่วงความละเอียดสูงที่ปราศจากการรบกวนจากปัจจัยภายนอกแบบหอสังเกตการณ์บนโลก
โดยการส่งเอายานสำรวจ 3 ลำที่ติดตั้งชุดอุปกรณ์ตรวจวัดที่จะคอยยิงลำแสงเลเซอร์ไปกลับระหว่างยานทั้ง 3 ลำ
ยานทั้ง 3 ลำจะโคจรตามเส้นทางการโคจรโลกเป็นเวลา 4 ปีเพื่อทำภารกิจ
ยานสำรวจทั้ง 3 ลำนี้จะยิงลำเลเซอร์เป็นรูป 3 เหลี่ยมด้านเท่าขนาดความยาวด้านละ 2.5 ล้านกิโลเมตร และเมื่อไหร่ก็ตามที่คลื่นแรงโน้มถ่วงแผ่ผ่านมายัง 3 เหลี่ยมนี้ก็จะส่งผลให้ความยาวแต่ละด้านของ 3 เหลี่ยมนี้เปลี่ยนไป รูปทรง 3 เหลี่ยมด้านเท่าก็จะผิดรูปไปด้วย
และด้วยความยาวของ 3 เหลี่ยมแต่ละด้านที่ยาวกว่าท่อตรวจจับในหอสังเกตการณ์ LIGO มาก ทำให้มีความไวในการตรวจจับที่ย่านความถี่ 1 ถึง 0.00001 เฮิรตซ์
LISA จะมาช่วยเติมเต็มช่องว่างการตรวจจับคลื่นแรงโน้มถ่วม
ทั้งนี้คลื่นแรงโน้มถ่วงนั้นมีที่มาได้จากแหล่งกำเนิดได้หลายรูปแบบ เช่น Supernova พัลซาร์ การรวมกันของดาวนิวตรอนคู่ หลุมดำคู่ ดาวแคระห์ขาว หรืออาจจะมีแหล่งกำเนิดที่เรายังไม่รู้จักอีกก็เป็นได้ ซึ่งคลื่นแรงโน้มถ่วงจากแหล่งกำเนิดต่างชนิดกันก็มีความยาวคลื่นต่างกันด้วย
คลื่นแรงโน้มถ่วงนี้เราสามารถตรวจจับได้ก่อนการเกิดเหตุการณ์สำคัญบนท้องฟ้า เช่น การรวมตัวกันของหลุมดำและดาวนิวตรอน เพราะก่อนที่พวกมันจะรวมตัวกันเราจะไม่สามารถตรวจจับการมีอยู่ของพวกมันได้
แต่เมื่อพวกมันโคจรมาใกล้กันมากพอการโคจรรอบกันจะทำให้เกิดการกระเพิ่มของคลื่นแรงโน้มถ่วงส่งออกมาโดยรอบ ทำให้เราสามารถรับรู้และหันกล้องและหอสังเกตุการณ์ต่าง ๆ ไปรอดูและศึกษาปรากฏการณ์เหล่านี้ได้ล่วงหน้า
ทั้งนี้การตรวจจับคลื่นแรงโน้มถ่วงนี้ยิ่งชุดอุปกรณ์ตรวจจับมีความละเอียดสูงเราก็จะยิ่งหาตำแหน่งของแหล่งกำเนิดคลื่นได้อย่างแม่นยำมากขึ้นด้วย
แผนภาพท้องฟ้าที่ตรวจจับเหตุการณ์การรวมตัวกันของดาวนิวตรอนไว้ได้
จากรูปบริเวณสีเขียวคือการประเมินตำแหน่งของเหตการณ์จากคลื่นแรงโน้มถ่วง ส่วนสีม่วงคือการประเมินตำแหน่งจากอุปกรณ์ตรวจจับการลุกจ้ารังสีแกมม่า(GRB) ส่วนดาวสีส้มคือตำแหน่งของดาวนิวตรอนที่รวมตัวกัน
การตรวจจับคลื่นแรงโน้มถ่วงจึงเป็นการมองหาสัญญาณล่วงหน้าที่ดีและยังมีความแม่นยำสูง เพื่อหาตำแหน่งของเหตุการณ์สำคัญที่กำลังจะอุบัติขึ้นบนท้องฟ้าได้
ซ้ายรูปของกาแล็คซี่ NGC 4993 ที่ถ่ายด้วยกล้องฮับเบิลเมื่อ 28 เมษายน 2017, ขวาภาพจากกล้องโทรทรรศน์ Swope ที่ถ่ายแสงวาปจากการรวมกันของดาวนิวตรอนที่อยู่ใน NGC 4993 หนึ่งชั่วโมงหลังจาก LIGO ตรวจจับคลื่นแรงโน้มถ่วงมาจากบริเวณดังกล่าวได้(17 สิงหาคม 2017)
ตัวอย่างรูปด้านบน ถ้าเราไม่รู้ตัวก่อนจากการตรวจจับด้วย LIGO ก็อาจจะพลาดโอกาสสังเกตการรวมตัวกันของดาวนิวตรอนที่อยู่ในกาแล็คซี่ NGC 4993
สำหรับ LISA นั้น หลังจากได้รับการอนุมัตินี้แล้วก็จะเริ่มแผนการออกแบบและเริ่มก่อสร้างยานสำรวจตั้งแต่ต้นปี 2025 และมีแผนการปล่อยขึ้นทำภารกิจในปี 2035 โดยจรวด Ariane 6
กล่องสีทอง 2 ใบนี้คือหัวใจหลักของยานสำรวจ LISA ทั้ง 3 ลำ ซึ่งจะคอยยิงลำแสงเลเซอร์ไปยังยานสำรวจอีก 2 ดวง ระหว่างกล่องนี้ก็จะเป็นชุดอุปกรณ์ตรวจวัดเฟสของลำแสงเลเซอร์
โดยยานสำรวจทั้ง 3 ลำนี้ถูกออกแบบให้โคจรไปตามเส้นทางการโคจรของโลกเป็นเวลา 4 ปีระหว่างทำภารกิจ
ภารกิจของ LISA ยังรวมถึงการมองหาวงแหวนแรงโน้มถ่วงที่เกิดในช่วงเวลาหลังจากการเกิด Bigbang ไม่กี่วินาที ซึ่งปัจจุบันยังเป็นเพียงข้อสัญนิษฐานทางทฤษฏี รวมถึงเป็นอีกวิธีที่เราจะใช้วัดอัตราการขยายตัวของจักรวาลและข้อมูลจาก LISA อาจนำมาสู่ข้อยุติของความขัดแย้งฮับเบิล (Hubble tension) ได้
ในแต่ละรอบปี 3 เหลี่ยมนี้ก็จะค่อย ๆ หมุนด้วยระนาบที่ห่างจากดวงอาทิตย์ 1 AU
เป็นเวลาร่วมศตวรรษแล้วที่ ไอน์สไตน์ ได้ทำนายไว้ว่าวัตถุที่มีมวลมากเมื่อพวกมันเคลื่อนที่ด้วยความเร่งแล้วก็จะส่งผลให้เกิดคลื่นแรงโน้มถ่วงขึ้นมาได้ มาวันนี้เราก็รับรู้และตรวจจับเจ้าคลื่นแรงโน้มถ่วงนี้ได้แล้ว
และ LISA นี้จะมาช่วยเปิดโลกทัศน์การมองท้องฟ้าของมนุษย์เราให้ต่างออกไปจากที่เคยแน่นอน

ดูเพิ่มเติมในซีรีส์

โฆษณา