การตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงครั้งที่ 3

การตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงครั้งที่ 3

          วันที่ 1 มิถุนายน ค.ศ. 2017 นักฟิสิกส์แห่งห้องปฏิบัติการ LIGO ประกาศการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงครั้งที่ 3 ในวารสาร Physical Review Letters  ซึ่งคลื่นดังกล่าวเกิดจากหลุมดำชนกัน

มวลหลุมดำที่นักดาราศาสตร์ตรวจจับได้ การตรวจจับด้วยรังสีเอกซ์ทำให้นักดาราศาสตร์พบหลุมดำมวลน้อยๆ แต่การตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงทำให้นักดาราศาสตร์พบหลุมดำมวลปานกลาง

          หลุมดำขนาดใหญ่มีมวล 25-40 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ ส่วนหลุมดำขนาดเล็กมีมวล 13-25 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ เมื่อรวมกันแล้วกลายเป็นหลุมดำที่มีมวล 50 เท่าของมวลดวงอาทิตย์แล้วปลดปล่อยคลื่นความโน้มถ่วงออกมาโดยรอบ การวิเคราะห์พบว่าหลุมดำที่ชนกันนี้อยู่ห่างจากโลกเราออกไปมากถึง 3พันล้านปีแสง

ลักษณะคลื่นความโน้มถ่วงที่ตรวจจับได้ในแต่ละครั้ง เรียงตามลำดับตั้งแต่บนลงล่าง

          คลื่นความโน้มถ่วงที่ถูกตรวจจับในครั้งนี้ ถูกเรียกว่า GW170104 เพราะมันถูกตรวจจับได้ในวันที่ 4 มกราคม ปีค.ศ. 2017 นักฟิสิกส์สามารถวิเคราะห์สมบัติของระบบหลุมดำที่ชนกันได้จากคลื่นความโน้มถ่วงที่แผ่ออกมา ซึ่งสมบัติหนึ่งที่น่าสนใจมากคือ การหมุนของหลุมดำ (Spin)

          นักฟิสิกส์ไม่สามารถระบุได้ว่าหลุมดำก่อนมาชนกันมีลักษณะการหมุนอย่างไร แต่ที่บอกได้คือ ก่อนจะชนกันมีหลุมดำอย่างน้อยหนึ่งดวงที่ระนาบการหมุนรอบตัวเองไม่ได้อยู่ในแนวเดียวกับระนาบการโคจรรอบกันและกันพอดี

          หากหลุมดำทั้งสองหมุนรอบตัวเองในแนวเดียวกับการโคจรรอบกันและกัน มันควรจะมีการโคจรรอบกันและกันก่อนจนมากกว่าที่ตรวจจับได้

          ข้อมูลดังกล่าวเป็นสิ่งที่บ่งชี้ว่าหลุมดำทั้งสองอาจเกิดขึ้นมาแยกจากกันแล้วค่อยเข้ามาใกล้กันแล้วชนกันทีหลัง เพราะถ้ามันเกิดขึ้นพร้อมกันจากระบบเดียวกัน หลุมดำทั้งก็ควรจะมีลักษณะการหมุนในทิศทางเดียวกับการโคจร

          กล่าวได้ว่านี่เป็นครั้งแรกที่นักฟิสิกส์ตรวจจับหลุมดำที่ระนาบการหมุนรอบตัวเองไม่ตรงกับระนาบวงโคจรซึ่งบอกใบ้ให้เห็นถึงธรรมชาติแท้จริงของมัน

          การตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงนอกจากจะช่วยให้นักดาราศาสตร์เข้าใจธรรมชาติของหลุมดำมากขึ้น ยังช่วยให้นักฟิสิกส์สามารถมองหาแนวทางการทดสอบทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ว่ามีความถูกต้องมากน้อยแค่ไหนได้ด้วย