ใช้ซากดาวจากการควบรวมดาวนิวตรอน เป็นส้อมเสียงอวกาศ
นักวิทยาศาสตร์ได้พบวิธีใหม่ที่จะใช้ตรวจสอบสภาพภายในของดาวนิวตรอน โดยใช้คลื่นความโน้มถ่วงเพื่อเปลี่ยนดาวนิวตรอนให้กลายเป็นส้อมเสียงในอวกาศ ระลอกในกาลอวกาศที่กระเพื่อมไปทั่วนี้น่าจะเผยให้เห็นโครงสร้างภายในของซากดาวที่สุดขั้วเหล่านี้ได้
เมื่อดาวฤกษ์มวลสูงตายลง ดาวนิวตรอนซึ่งก่อตัวจากแกนกลางที่เหลืออยู่จะมีมวลราว 2 เท่าดวงอาทิตย์บีบอัดอยู่ในทรงกลมที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางราว 20 กิโลเมตรเท่านั้น นี่หมายความว่า พวกมันประกอบด้วยสสารที่หนาแน่นที่สุดในเอกภพที่เคยรู้จักมา แต่เนื่องจากคุณลักษณะที่สุดขั้ว ภายในของซากดาวเหล่านี้จึงยังคงเป็นปริศนาอยู่ Luciano Rezzolla และทีมวิจัยที่มหาวิทยาลัยเกอเธ่ ฟรังค์เฟิร์ต ตั้งทฤษฎีว่ากุญแจที่จะเผยให้เห็นภายในดาวนิวตรอนอาจซ่อนอยู่กับการชนระหว่างซากดาวที่สุดขั้วเหล่านี้
ลำดับเหตุการณ์การก่อตัวดาวนิวตรอนจากแกนกลางของดาวมวลสูง ที่ระเบิดในซุปเปอร์โนวา
พูดให้ชัดเจนมากขึ้นก็คือ ทีมคิดว่ากุญแจก็คือ การจับตาดูว่าซากที่ได้จากการชนที่รุนแรงนี้ทำให้กาลอวกาศสั่นจากคลื่นความโน้มถ่วง(gravitational waves) อย่างไร ก็เหมือนกับส้อมเสียง(turing forks) จากวัสดุที่แตกต่างกัน ก็จะมีเสียงบริสุทธิ์(pure tones) ที่แตกต่างกัน ซากที่มีสมการแห่งสถานะ(equation of state) ที่แตกต่างกันก็จะสั่นด้วยความถี่ที่แตกต่างกันด้วย Rezzolla กล่าวในแถลงการณ์ การตรวจสอบสัญญาณนี้จึงมีศักยภาพที่จะเผยให้เห็นว่าดาวนิวตรอนมีองค์ประกอบอย่างไร
สัมพัทธภาพทั่วไปได้บอกว่าแรงโน้มถ่วงเกิดขึ้นเป็นผลจากมวลที่ทำให้ผืนกาลอวกาศบิดโค้งไป นอกเหนือจากนี้ เมื่อวัตถุมวลสูงมีความเร่ง(มีความเร็วเพิ่มขึ้น; accelerate) พวกมันจะสร้างระลอกคลื่นออกมาในกาลอวกาศ เมื่อดาวนิวตรอนสองดวงในระบบดาวคู่ เมื่อพวกมันโคจรรอบกันและกันก็จะส่งคลื่นความโน้มถ่วงออกมา
คลื่นความโน้มถ่วงนี้ได้นำโมเมนตัมเชิงมุมออกไปจากระบบดาวคู่ เป็นสาเหตุให้ดาวนิวตรอนขยับเข้าใกล้กันมากขึ้น ซึ่งจะเพิ่มความถี่ของคลื่นความโน้มถ่วงที่เปล่งออกมา ซึ่งหมายความว่า ระบบก็จะยิ่งสูญเสียโมเมนตัมเชิงมุมเร็วขึ้นเรื่อยๆ และระยะทางก็หดลงเร็วขึ้นเรื่อยๆ ด้วย
การควบรวมของดาวนิวตรอนที่สร้างคลื่นความโน้มถ่วง GW 170817 และคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคู่ขนานที่ตรวจพบ ได้ให้รายละเอียดสิ่งที่เกิดขึ้นหลังจากการควบรวม
ซึ่งเมื่อลำดับเหตุการณ์นี้เกิดขึ้นต่อเนื่องจนกระทั่งแรงโน้มถ่วงร่วมของดาวนิวตรอนส่งผล ซากดาวทั้งสองจะชนกัน ทำให้เกิดการระเบิดพลังงานที่รุนแรงที่เรียกว่า กิโลโนวา(kilonova) ซึ่งจะส่งคลื่นความโน้มถ่วงระลอกใหญ่กรีดร้องออกมานานเพียงไม่กี่มิลลิวินาที
กระบวนการนี้สร้างซากดาวหลังการควบรวม(post-merger remnant) มวลสูงขึ้นที่หมุนรอบตัวเร็วมาก ซึ่งก็เปล่งคลื่นความโน้มถ่วงในขณะที่หมุนรอบตัวด้วย ซึ่งก็รุนแรงแต่มีความถี่ในช่วงแคบๆ Rezzolla และเพื่อนร่วมงานเสนอว่าคลื่นความโน้มถ่วงเหล่านี้มีรหัสข้อมูลเกี่ยวกับสภาพภายในซากที่เกิดหลังการชน หรือพูดให้ชัดเจนมากขึ้นก็คือ สมการแห่งสถานะของสสารนิวเคลียร์ภายใน อธิบายว่าสสารมีพฤติกรรมอย่างไรในความหนาแน่นและความดันที่สุดขั้ว
ด้วยการใช้แบบจำลองเสมือนจริงคอมพิวเตอร์สัมพัทธภาพทั่วไป ทีมพบว่าความแรง(amplitude) ของสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงหลังการควบรวม จะลดลงตามเวลา เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น สัญญาณก็จะยิ่งบริสุทธิ์มากขึ้น นี่หมายความว่า มันจะเริ่มเปลี่ยนเป็นความถี่เดี่ยว คล้ายกับส้อมเสียงยักษ์ที่เริ่มเกิดกำทอน(resonance) หลังจากที่ถูกเคาะ ทีมเรียกสภาวะวิวัฒนาการสัญญาณช่วงนี้ว่า long ringdown
นักวิจัยตั้งทฤษฎีว่ามีความเชื่อมโยงอย่างแน่ชัดระหว่างคุณลักษณะของลองริงดาวน์ กับคุณสมบัติของพื้นที่ที่หนาแน่นที่สุดในแกนดาวนิวตรอน การวิเคราะห์สัญญาณลองริงดาวน์จึงช่วยลดความคลาดเคลื่อนในสมการแห่งสถานะสสารที่ความหนาแน่นสูงจนไม่น่าเชื่อที่พบภายในดาวนิวตรอนได้
สภาวะต่างๆ ในเหตุการณ์การควบรวมที่เปล่งคลื่นความโน้มถ่วงออกมา
ต้องขอบคุณความก้าวหน้าในแบบจำลองสถิติและแบบจำลองเสมือนจริงความแม่นยำสูงจากซุปเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังที่สุดของเจอรมนี เราจึงได้พบสภาวะใหม่ของลองริงดาวน์ในการควบรวมของดาวนิวตรอน Christian Ecker ผู้นำทีม นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเกอเธ่ กล่าวในแถลงการณ์ มันมีศักยภาพที่จะให้ข้อระบุแบบใหม่และแน่นอนเกี่ยวกับสถานะของสสารในดาวนิวตรอน
เครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงอย่าง LIGO(Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) และ Virgo ได้ดักฟังระลอกในผืนกาลอวกาศเหล่านี้มาตั้งแต่ปี 2015 และพบการควบรวมของดาวนิวตรอนสองดวงในปี 2017
เครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง LIGO(ที่ ฮันฟอร์ดบนซ้ายและ ลิฟวิงสตัน ล่างขวา) Virgo(ล่างซ้าย) และ KAGRA(บนขวา)
อย่างไรก็ตาม ยังไม่เคยได้ “ยิน” สัญญาณช่วงลองริงดาวน์อย่างที่เสนอไว้ในงานวิจัยนี้ ความหวังก็คือเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงในรุ่นต่อไป ซึ่งรวมทั้งกล้องโทรทรรศน์ไอน์สไตน์ในยุโรป ซึ่งจะเริ่มทำงานภายในศตวรรษหน้า และหอสังเกตการณ์ในอวกาศ LISA(Laser Interferometer Space Antenna) จะสามารถตรวจจับสัญญาณนั้นได้
การค้นพบใหม่นี้ได้แผ้วถางเส้นทางสู่การเข้าใจสสารในดาวนิวตรอนที่หนาแน่นสูงได้ดีขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อสำรวจพบเหตุการณ์ใหม่ๆ ในอนาคต Ecker กล่าว งานวิจัยของทีมเผยแพร่ในวารสาร Nature Communications วันที่ 3 กุมภาพันธ์
LISA
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
