ทีมนักวิทยาศาสตร์จากเครือข่ายความร่วมมือหอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงระดับโลก ได้เปิดเผยข้อมูลชุดใหม่ที่เพิ่มจำนวนการค้นพบ “คลื่นความโน้มถ่วง” มากกว่าเดิมถึง 2 เท่า ข้อมูลล่าสุดนี้เปรียบเสมือนเสียงสะท้อนจากจักรวาลที่เผยให้เห็นการพุ่งชนของวัตถุที่หนาแน่นที่สุด ทั้งหลุมดำขนาดยักษ์ หลุมดำที่หมุนด้วยความเร็วสูง และคู่หลุมดำที่มีมวลแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง
เมื่อวัตถุที่หนาแน่นที่สุดในเอกภพพุ่งชนและรวมตัวกัน ความรุนแรงนั้นจะสร้างแรงกระเพื่อมที่เรียกว่า คลื่นความโน้มถ่วง (Gravitational wave) แรงกระเพื่อมนี้เดินทางผ่านปริภูมิ-เวลา (Space-time) ยาวนานหลายร้อยล้านหรือหลายพันล้านปี จนกระทั่งเดินทางมาถึงโลกของเรา แม้สัญญาณเหล่านี้จะเบาบางลงมากเมื่อมาถึงโลก แต่นักวิทยาศาสตร์ก็ยังสามารถตรวจจับได้
ความสำเร็จนี้เกิดขึ้นจากเครือข่ายหอสังเกตการณ์ระดับโลก ได้แก่ หอสังเกตการณ์ LIGO ในสหรัฐอเมริกา Virgo ในอิตาลี และ KAGRA ในประเทศญี่ปุ่น สถานีเหล่านี้ทำงานร่วมกันเพื่อคอย “ดักฟัง” ความสั่นสะเทือนอันแผ่วเบา โดยใช้เครื่องมือขนาดกิโลเมตรที่เรียกว่า อินเทอร์เฟอโรมิเตอร์ ส่งลำแสงเลเซอร์ไปตามท่อและวัดเวลาที่แสงเดินทางกลับมา การเปลี่ยนแปลงเวลาเพียงเสี้ยวเล็กๆ จะเป็นตัวบ่งชี้ว่ามีคลื่นความโน้มถ่วงพัดผ่านและทำให้ปริภูมิ-เวลาเกิดการยืดหดตัว
ในแค็ตตาล็อกชุดใหม่ที่ชื่อว่า GWTC-4 ซึ่งรวบรวมข้อมูลจากการเดินเครื่องสังเกตการณ์ครั้งที่ 4 ระหว่างเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2566 ถึงมกราคม พ.ศ. 2567 นักวิทยาศาสตร์พบสัญญาณใหม่ที่เข้าข่ายถึง 128 สัญญาณ ทำให้จำนวนการค้นพบทั้งหมดเพิ่มขึ้นกว่าเท่าตัวจากเดิมที่เคยมีเพียง 90 สัญญาณ การอัปเกรดเครื่องมือให้มีความไวสูงขึ้นทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถมองเห็นได้ไกลขึ้นและลึกขึ้นในจักรวาล
การค้นพบครั้งนี้พาสู่พรมแดนใหม่ของความรู้ โดยเฉพาะข้อมูลของหลุมดำ (Black hole) สัญญาณที่โดดเด่นมีทั้งสัญญาณจากคู่หลุมดำที่หนักที่สุดเท่าที่เคยพบมา โดยแต่ละดวงมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ถึง 130 เท่า สัญญาณจากคู่หลุมดำที่หมุนรอบตัวเองด้วยความเร็วสูงถึงร้อยละ 40 ของความเร็วแสง และคู่หลุมดำที่เสียสมดุลอย่างหนักเนื่องจากดวงหนึ่งมีมวลมากกว่าอีกดวงถึงสองเท่า นอกจากนี้ยังพบสัญญาณการชนกันระหว่างหลุมดำกับดาวนิวตรอน (Neutron star) ซึ่งเป็นแกนกลางความหนาแน่นสูงที่หลงเหลือจากดาวฤกษ์มวลมากอีกด้วย
ข้อมูลมหาศาลนี้ไม่เพียงแต่ช่วยให้เราเข้าใจว่าหลุมดำก่อตัวและมีวิวัฒนาการอย่างไร แต่ยังเป็นบททดสอบสำคัญสำหรับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (General relativity) ของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ในสภาวะที่รุนแรงที่สุด ซึ่งจนถึงปัจจุบัน ทฤษฎีของไอน์สไตน์ก็ยังคงให้คำทำนายที่ถูกต้องแม่นยำ
ยิ่งไปกว่านั้น นักวิทยาศาสตร์ยังใช้ข้อมูลระยะทางของคลื่นความโน้มถ่วงเหล่านี้มาคำนวณค่าคงตัวฮับเบิล (Hubble constant) เพื่อหาคำตอบว่าจักรวาลของเรากำลังขยายตัวด้วยความเร็วเท่าใด โดยประเมินตัวเลขเบื้องต้นไว้ที่ 76 กิโลเมตรต่อวินาทีต่อเมกะพาร์เซก ซึ่งเป็นอีกหนึ่งวิธีอิสระที่จะช่วยไขปริศนาการขยายตัวของเอกภพ
ทุกครั้งที่มีการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงครั้งใหม่ เราได้ไขปริศนาของจักรวาลในแบบที่ทำไม่ได้เมื่อสิบปีก่อน การสังเกตการณ์ในอนาคตจะยิ่งเปิดเผยความลับที่น่าตื่นเต้นและปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์แปลกใหม่ให้เราได้รับรู้มากยิ่งขึ้นอย่างแน่นอน
ข้อมูลอ้างอิง: MIT News
- New catalog more than doubles the number of gravitational-wave detections made by LIGO, Virgo, and KAGRA observatories
