Deep Space GW190814 คลื่นความโน้มถ่วงจากการชนไม่สมมาตร ที่ก็ยังไม่รู้ว่าหลุมดำชนกับอะไร
GW190814 คลื่นความโน้มถ่วงจากการชนไม่สมมาตร ที่ก็ยังไม่รู้ว่าหลุมดำชนกับอะไร

Nutn0n

GW190814 คลื่นความโน้มถ่วงจากการชนไม่สมมาตร ที่ก็ยังไม่รู้ว่าหลุมดำชนกับอะไร

June 24, 2020

ในช่วงหลัง ๆ การค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงใหม่ ๆ กลายเป็นสายของฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่เข้มข้นขึ้น นับตั้งแต่การตรวจจับได้เป็นครั้งแรกในปี 2016 ทีม LIGO และทีมความร่วมมือตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงนานาชาติก็สามารถยืนยันการกระเพื่อมของกาลอวกาศได้หลายครั้งจากหลากหลายเหตุการณ์ ไม่ว่าจะเป็นหลุมดำชนกับหลุมดำ ดาวนิวตรอนชนกับดาวนิวตรอนเอง (GW170817 และ GW190425) และในครั้งนี้ ทีมจาก LIGO ก็ได้พบ Candidate ที่ชื่อว่า GW190814 ซึ่งตรวจจับได้ในวันที่ 14 สิงหาคม 2019 ซึ่งการชนกันในเหตุการณ์นั้นนับว่าเป็นสิ่งที่แปลกใหม่

การค้นพบดังกล่าวได้รับการตีพิมพ์ลงใน GW190814: Gravitational Waves from the Coalescence of a 23 Solar Mass Black Hole with a 2.6 Solar Mass Compact Object

การตรวจจับกันครั้งนี้เป็นการรวมข้อมูลจากทั้งเครื่อง Interferometer จาก LIGO Hanford และ LIGO Livingston รวมถึงเครื่องตรวจจับ VIRGO ซึ่งเป็นความร่วมมือนานาชาติด้วย (ในรอบนี้ใช้ทั้งหมดสามตัว ไม่เหมือนรอบก่อนที่เปิดแค่ที่ Livingston)

ที่บอกว่าแปลกใหม่ก็เพราะว่าเรารู้ว่าการชนกันนั้นวัตถุหนึ่งคือหลุมดำที่มีมวลประมาณ 23 เท่าของดวงอาทิตย์ของเรา แต่อีกวัตถุหนึ่งที่มันกลืนกินเข้าไปนั้น มีมวลเพียงแค่ 2.6 เท่าของดวงอาทิตย์ ซึ่งอยู่ระหว่างกลางในการเป็น “หลุมดำ” หรือ “ดาวนิวตรอน” และซากจากการชนกันในครั้งนี้นั้นก็ทำให้เกิดหลุมดำที่มีมวลมากขึ้น และเกิดการกระเพื่อมของกาลอวกาศจนเดินทางมาถึงเราในรูปแบบของคลื่นความโน้มถ่วง

ข้อมูลเปรียบเทียบความที่ถี่ตรวจจับได้จาก Interferometer ทั้ง 3 ตัวที่ Hanford, Livingson ที่สหรัฐอเมริกา และ Virgo ของยุโรป ที่มา – LIGO International Colloboration

ทั้งหลุมดำและดาวนิวตรอนล้วนแต่เป็นวัตถุที่มีมวลมหาศาล พวกมันเมื่อชนกันแล้วสร้างคลื่นออกมาในทุกทิศทาง อย่างไรก็ดี การสังเกตในครั้งนี้นับว่าเป็นการชนกันของวัตถุที่มีมวลไม่สมมาตรกันมากที่สุด รองจาก GW190412 ซึ่งถูกตรวจพบในเดือนเมษายน 2020 (ข้อมูล ณ วันที่ 24 มิถุนายน 2020)

นักฟิสิกส์จาก Max Planck Institute for Gravitational Physics ได้ลองทำข้อมูลจากเครื่องตรวจจับมาสร้างเป็น Visulization ให้เราได้เห็นถึงพฤติกรรมของวัตถุทั้งสองก่อนเกิดจากชนที่มี “การแกว่งแบบไม่สมมาตร” เนื่องจากมวลที่ไม่เท่ากันทำให้การโคจรรอบกันแกว่งไปมา

เพื่อให้เข้าใจง่ายขึ้นเราจะเปรียบเทียบการชนกันครั้งนี้ของ GW190814 กับการชนกันระหว่างดาวนิวตรอนกับดาวนิวตรอน (GW170817) ซึ่งในตอนนั้นนักดาราศาสตร์ใช้เทคนิคที่เรียกว่า พหุพาหะดาราศาสตร์ (Multi-messenger Astronomy) ในการยืนยันการค้บพบ คือใช้การ “สัมผัสได้” ร่วมกับการ “มองเห็น” เพราะดาวนิวตรอนเป็นเทหวัตถุที่เปล่งแสงหรือคลื่นออกมาในย่านที่สามารถตรวจจับได้ง่าย การชนกันของดาวนิวตรอนจึงสร้างแสงวาบที่เดินทางมาถึงโลกและถูกบันทึกไว้โดยกล้องโทรทรรศน์และยานอวกาศ แต่สำหรับหลุมดำแล้วนั้นเราไม่สามารถถ่ายภาพหลุมดำได้โดยง่าย (แต่ก็สามารถทำได้ เหมือนโครงการ Event Horizon Telescope) ทำให้เราไม่สามารถนำข้อมูลจากยานอวกาศหรือเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์มาวิเคราะห์ร่วมได้ หาก GW190814 เป็นการชนกันระหว่างหลุมดำกับหลุมดำ

Interferometer ของ Virgo ที่มา – The Virgo collaboration

หรือแม้ว่าการชนกันของสองวัตถุ หนึ่งจะเป็นหลุมดำและอีกหนึ่งจะเป็นดาวนิวตรอน แต่แสงที่วาบออกมานั้นก็จะจางมาก เนื่องจากหลุมดำมวลมหาศาลนั้นกลืนกินแม้กระทั่งแสงของดาวนิวตรอนเช่นกัน ทำให้ยากมากที่เราจะใช้การตรวจจับคลื่นใด ๆ จากการชนกันในครั้งนี้ นี่เป็นสิ่งที่ Dr Matt Nicholl ได้ให้ความเห็นไว้ ในบทความ Gravitational wave scientists grapple with the cosmic mystery of GW190814 ในเว็บไซต์ของ University of Birmingham

ภาพเปรียบเทียบขนาดให้ดูว่าวัตถุที่ชนกันสองวัตถุนั้นวัตถุที่มีมวลน้อยที่เรายังไม่รู้ว่าคืออะไร มีมวลมากกว่าดาวนิวตรอนดวงอื่น ๆ ในแผนภาพอย่างชัดเจน และแทบจะอยู่กึ่ง ๆ ระหว่างการเป็นหลุมดำหรือดาวนิวตรอน ที่มา – LIGO-Virgo

นั่นทำให้ GW190814 กลายเป็นการค้นพบที่แปลกใหม่ และเราสามารถศึกษาข้อมูลนำมาสร้างเป็นความเข้าใจเกี่ยวกับพฤติกรรมของวัตถุมวลมหาศาล เพราะถ้าเราไม่เจอหลุมดำที่มีมวลน้อยที่สุด เราก็เจอดาวนิวตรอนที่มีมวลมากที่สุด ซึ่งไม่ว่าอีกวัตถุที่ชนเข้ากับหลุมดำมวล 23 เท่าของดวงอาทิตย์ก็ตามล้วนแต่เป็นสิ่งที่นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ต้องทำความเข้าใจ

ปัจจุบันการค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงอาจจะเกิดขึ้นบ่อยจนหลายคนบอกว่าไม่ตื่นเต้นแล้ว แต่ ณ ตอนนี้สิ่งที่เราโฟกัสคือพฤติกรรมและความหลากหลายของ Event แต่ละครั้งที่สุดท้ายถ้าเราลองย้อนกลับไปดูแล้วจะพบว่าในแต่ละ Event นั้นมีความตื่นเต้นที่ไม่ซ้ำกันเลย

เรียบเรียงโดย ทีมงาน Spaceth.co







In Coversation

เรื่องราวน่าสนใจที่กำลังเป็นบทสนทนา