ความก้าวหน้าของแขนงดาราศาสตร์คลื่นความโน้มถ่วง
นักดาราศาสตร์ที่สหพันธ์ดาราศาสตร์นานาชาติ(IAU) ได้รายงานว่าขณะนี้ เราได้ตรวจพบเหตุการณ์คลื่นความโน้มถ่วงมากกว่า 200 เหตุการณ์ ซึ่งเกือบทั้งหมดเป็นการควบรวมของหลุมดำสองแห่ง
เก้าปีหลังจากการตรวจจับระลอกไหวในกาลอวกาศได้เป็นครั้งแรก ตามที่อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ได้ทำนายไว้ ดาราศาสตร์คลื่นความโน้มถ่วงก็กลายเป็นดาราศาสตร์แขนงที่ให้ข้อมูลอย่างล้นเหลือ ในการประชุมประจำปีทั่วไปครั้งที่ 32 ของ IAU ในเคปทาวน์ อาฟริกาใต้ นักวิจัยได้เผยแพร่ผลสรุปล่าสุดและความคาดหวังในอนาคต
ขณะนี้ ซึ่งกำลังอยู่ในช่วงกลางของการเดินเครื่องสำรวจครั้งที่ 4 ซึ่งจะสิ้นสุดราวเดือนมิถุนายน 2025 กลุ่มความร่วมมือเบื้องหลังเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงในสหรัฐฯ, ยุโรป และญี่ปุ่น(LIGO, Virgo และ KAGRA ตามลำดับ) ได้สำรวจพบเหตุการณ์มากกว่า 200 แหล่งแล้วในตอนนี้ ซึ่งเป็นเรื่องที่ไม่เคยคาดคิดไว้เลยว่าจะเกิดขึ้นก่อนต้นปี 2025 เมื่อเปรียบเทียบแล้ว ในช่วงเริ่มการเดินเครื่องครั้งที่ 4 เมื่อพฤษภาคม 2023 จำนวนรวมยังมีอยู่เพียง 90 แหล่ง
หอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วง LIGO, Virgo และ KAGRA ต่างก็ตรวจหาและพบแหล่งคลื่นความโน้มถ่วงหลายร้อยแห่งแล้ว ซึ่งแต่ละเหตุการณ์เป็นการควบรวมของวัตถุกะทัดรัดคู่หนึ่ง ซึ่งอาจเป็นหลุมดำหรือดาวนิวตรอน
อัตราการตรวจจับขณะนี้ โดยเฉลี่ยอยู่ที่สองสามแหล่งต่อสัปดาห์ Sylvia Biscoveanu จากมหาวิทยาลัยนอร์ธเวสเทิร์น กล่าว เหตุการณ์เกือบทั้งหมดเกิดขึ้นจากหลุมดำที่มาควบรวมกัน(หรือในบางกรณี เป็นการควบรวมที่มีดาวนิวตรอนด้วย) ในกาแลคซีที่อยู่ห่างออกไปไม่กี่ร้อยล้านปีแสง การตรวจสอบเผยให้เห็นมวลของวัตถุกะทัดรัด(compact objects) ที่ควบรวมกัน และบอกใบ้ถึงประวัติการก่อตัว
บางส่วนก็มีมวลเกินระดับ 100 เท่ามวลดวงอาทิตย์ หนักเกินกว่าที่จะสร้างขึ้นโดยการระเบิดซุปเปอร์โนวาทั่วๆ ไป เป็นไปได้ว่าพวกรุ่นใหญ่เหล่านั้นเป็นผลจากการควบรวมเป็นลำดับขั้นก่อนหน้านี้ Biscoveanu กล่าว
และอีกครั้งที่การตรวจสอบครั้งแรกสุดในการเดินเครื่องสำรวจรอบปัจจุบัน GW 230529(พบในวันที่ 29 พฤษภาคม 2023) มีกำเนิดจากการชนและควบรวมของดาวนิวตรอนดวงหนึ่ง กับหลุมดำที่มีมวลต่ำอย่างไม่คาดคิดที่ระดับ 2.5 ถึง 4.5 เท่ามวลดวงอาทิตย์ จากความจริงที่ว่าการควบรวมลักษณะดังกล่าวตรวจจับได้ยากกว่า เมื่อมันสร้างคลื่นความดน้มถ่วงที่มีพลังน้อยกว่า แค่ด้วยกรณีนี้กรณีเดียวก็บ่งชี้ว่าพวกมันจะต้องเกิดขึ้นบ่อยกว่าที่นักทฤษฎีคิดไว้ กระทั่งบางคนยังคิดว่าหลุมดำที่มวลต่ำอย่างนี้ไม่น่าจะมีอยู่เลย
ที่น่าสนใจคือ แบบจำลองเสมือนจริงบอกว่าดาวนิวตรอนถูกฉีกออกเมื่อถูกหลุมดำมวลต่ำเหล่านี้กลืนกิน จะทิ้งร่องรอยก๊าซร้อนยิ่งยวด ซึ่งน่าจะเปล่งรังสีพลังงานสูงออกมา จากสถิติที่มี Biscoveanu คิดว่ามีการควบรวมที่มีดาวนิวตรอนราว 18% ก็อาจจะสร้างคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคู่ขนานออกมา ซึ่งมากกว่าที่เคยประเมินไว้ถึงสามเท่า(แต่เหตุการณ์ในเดือนพฤษภาคมปีที่แล้ว ก็ไม่พบคู่ขนาน)
โดยรวมแล้ว ก็ยังมีเพียงคลื่นความโน้มถ่วงเหตุการณ์เดียวที่เกิดจากดาวนิวตรอนสองดวงชนกัน(GW170817) ที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศเฟอร์มี่ได้สำรวจพบการปะทุรังสีแกมมา และกล้องอื่นๆ ก็พบสิ่งที่เรียกว่า กิโลโนวา(kilonova) นักดาราศาสตร์เกือบทั้งหมดรู้สึกว่าเหตุการณ์ลักษณะนี้อันที่สองคงผ่านพ้นไปนานแล้ว แต่ Paul Groot จากมหาวิทยาลัยรัดบาวน์ เนเธอร์แลนด์ส ซึ่งดูแลส่วนคลื่นความโน้มถ่วงที่การประชุม IAU บอกว่า เราพุ่งความสนใจทั้งหมดไปที่การเข้าใจเหตุการณ์นี้เพียงเหตุการณ์เดียว
ภาพอธิบายสภาพที่น่าจะเป็นเมื่อดาวนิวตรอนสองดวงชนกัน สร้างกิโลโนวาขึ้นมา
หนทางอื่นในการสำรวจคลื่นความโนมถ่วง เป็นวิธีโดยอ้อม โดยการตรวจสอบจังหวะจากดาวนิวตรอนที่กำลังหมุนรอบตัวเร็วที่เรียกว่า พัลซาร์(pulsar) ซึ่งกระจายอยู่ทั่วท้องฟ้า จังหวะปกติจากพัลซาร์ที่มาถึงโลกอาจเปลี่ยนไปเล็กน้อยเมื่อพวกมันได้รับผลกระทบจากคลื่นความโน้มถ่วงความถี่ต่ำมากสุดขั้วที่วิ่งผ่านมาในห้วงอวกาศ
การตรวจจับร่องรอยคลื่นความโน้มถ่วงพื้นหลังในเอกภพในระดับนาโนเฮิร์ตช์ซึ่งประกาศเมื่อปีที่แล้ว ส่วนใหญ่มาจากหลุมดำมวลมหาศาลที่หมุนวนเข้าหากันและควบรวมกันในกาแลคซีที่ไกลโพ้น ก็ยังคงมีความไม่แน่นอนอีกมากในการตรวจจับนี้
ผลสรุปที่ดูจะชัดเจนมากขึ้นเมื่อมีพัลซาร์เสี้ยววินาที(millisecond pulsar) ที่หมุนรอบตัวเร็วเพิ่มเติมมาในเครือข่าย และเฝ้าจับตาในเวลาที่นานขึ้น Ryan Shannon จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลจีแห่งสวินเบิร์น ออสเตรเลีย กล่าวในการประชุม IAU ว่าหอสังเกตการณ์วิทยุเมียร์แคท ในอาฟริกาใต้ กำลังจะเปลี่ยนเกม เครือข่ายซึ่งมีจานรับสัญญาณ 64 แห่งซึ่งแต่ละจานมีเส้นผ่าศูนย์กลาง 13.5 เมตร เมียร์แคทกำลังสำรวจพัลซาร์เสี้ยววินาที 83 แห่งในทุกๆ ครึ่งเดือน
ไดอะแกรมแสดงเหตุการณ์คลื่นความโน้มถ่วง 90 เหตุการณ์ที่พบในการเดินเครื่องสำรวจครั้งก่อน เกิดจากการควบรวมของหลุมดำ, ดาวนิวตรอน หรือทั้งสองอย่าง จุดระบุมวลของวัตถุที่เหตุการณ์สร้างขึ้น สีชมพูและเหลืองเป็นการตรวจสอบจากการสำรวจคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า กลุ่มความร่วมมือกำลังเดินเครื่องสำรวจครั้งที่สี่และได้พบเหตุการณ์คลื่นความโน้มถ่วงมากกว่าเดิมสองเท่าแล้ว
Shannon คาดว่าการสำรวจจับเวลาด้วยพัลซาร์จะเผยให้เห็นแหล่งคลื่นความโน้มถ่วงความถี่ต่ำแต่ละอย่างภายในช่วง 4 ปีข้างหน้านี้ เรื่องราวยังไม่จบหรอก เขาหรอก เราแค่ต้องการเวลามากขึ้น
ในขณะเดียวกัน กลุ่มความร่วมมืดเครือข่ายจับเวลาด้วยพัลซาร์ของอเมริกันที่เรียกว่า NANOGrav ก็ต้องชะงักอย่างรุนแรง เมื่อกล้องอาเรซิโบขนาด 305 เมตรพังลงในปลายปี 2020 แต่ Scott Ransom จากหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์วิทยุแห่งชาติ บอกว่าหอสังเกตการณ์ DSA-2000 ในอนาคตจะอุทิศเวลาหนึ่งในสี่เพื่อสำรวจพัลซาร์ นี่จะเป็นผลสรุปทางวิทยาศาสตร์งานแรกๆ สุดจาก DSA-2000 Ransom กล่าว ซึ่งคาดว่าจะเสร็จในช่วงปลายปี 2026
ภาพอธิบายโครงการ NANOGrav ที่สำรวจพัลซาร์ในความพยายามเพื่อตรวจสอบคลื่นความโน้มถ่วงซึ่งเป็นระลอกในกาลอวกาศ โครงการตรวจหาสัญญาณพื้นหลังความถี่ต่ำ ซึ่งคิดกันว่าปรากฏอยู่ทั่วเอกภพ
NANOGrav อาจจะมีความไวกับคลื่นความโน้มถ่วงในช่วงนาโนเฮิร์ตช์เหมือนกับเครือข่ายที่มีเมียร์แคทด้วย ในเร็วๆ นี้ DSA-2000 น่าจะแทนที่ความไวจากอาเรซิโบได้ ส่วนหนึ่งก็เพราะคาดว่า DSA-2000 จะได้พบพัลซาร์เสี้ยววินาทีใหม่ๆ อีกหลายร้อยแห่ง ถ้าแหล่งของคลื่นความโน้มถ่วงเป็นคู่หลุมดำมวลมหาศาล Ransom ประเมินว่าภายในอีกสิบถึงสิบห้าปีข้างหน้า NANOGrav จะตรวจสอบแหล่งคลื่นได้หลายสิบเหตุการณ์
อนาคตของดาราศาสตร์คลื่นโน้มถ่วงยังปังอยู่ Biscoveanu กล่าว Groot ซึ่งเป็นผู้จัดการประชุมกลุ่มก็เห็นด้วย นี่เป็นครั้งแรกที่การประชุมประจำปีของ IAU มีกลุ่มคลื่นความโน้มถ่วง นี่ไม่ใช่การประชุมครั้งแรกและครั้งสุดท้ายอย่างแน่นอน
แหล่งข่าว skyandtelescope.com – status report: gravitational waves
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
