ทีมนักวิทยาศาสตร์นำโดย เคลิน พลันเกตต์ (Cailin Plunkett) จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์หรือเอ็มไอที (MIT) และ ชาราน บานากิรี (Sharan Banagiri) จากมหาวิทยาลัยโมนาช (Monash University) ประเทศออสเตรเลีย ได้เผยแพร่หลักฐานชิ้นสำคัญที่ชี้ตรงกันว่า หลุมดำคู่จำพวกหนึ่งไม่ได้เกิดจากซากดาวฤกษ์ดวงเดี่ยวที่สิ้นอายุขัยตามวงจรธรรมชาติ แต่เป็นผลผลิตของการควบรวมแบบเป็นลำดับขั้น ซึ่งหมายความว่ามีหลุมดำอย่างน้อยหนึ่งดวงในคู่นั้นที่เป็น “หลุมดำรุ่นที่สอง” ที่เคยผ่านการฟิวชันชนกับหลุมดำดวงอื่นมาก่อนหน้านี้แล้วในอดีต
นับตั้งแต่ความสำเร็จครั้งประวัติศาสตร์ในการตรวจวัดคลื่นความโน้มถ่วง (Gravitational Wave) ได้เป็นครั้งแรกเมื่อปี พ.ศ. 2558 เครือข่ายเครื่องตรวจวัดระดับโลกทั้ง ไลโก (LIGO), วีร์โก (Virgo) และ คากรา (KAGRA) ได้พัฒนาประสิทธิภาพจนสามารถจับสัญญาณแรงกระเพื่อมในปริภูมิ-เวลา (spacetime) ที่เกิดจากการพุ่งชนของหลุมดำได้ในทุก ๆ ไม่กี่วัน จนรวบรวมเป็นบัญชีรายชื่อได้หลายร้อยเหตุการณ์ ซึ่งจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (General Relativity) หลุมดำเป็นวัตถุที่เรียบง่าย มีเพียงมวลและโมเมนตัมเชิงมุมประจำตัวหรือการหมุนรอบตัวเองเท่านั้น แต่การสืบหาเส้นทางที่หลุมดำสองดวงจะมาโคจรรอบกันจนชนกันได้นั้นเป็นปริศนาที่ซับซ้อนมาก โดยปกติเกิดได้สองทางคือเป็นดาวฝาแฝดกันมาแต่แรกแล้วยุบตัวลง หรือเป็นหลุมดำโดดเดี่ยวที่โคจรมาเจอกันในสภาพแวดล้อมที่หนาแน่นและโกลาหล เช่น กระจุกดาวทรงกลม (Globular Clusters)
การค้นพบครั้งนี้ใช้การวิเคราะห์ขั้นสูงจากบัญชีรายชื่อคลื่นความโน้มถ่วงฉบับที่ 4 หรือ GWTC-4.0 โดยทีมของพลันเกตต์ได้สร้างแบบจำลองเพื่อจับทิศทางและค่าการหมุนรอบตัวเอง ผลการคำนวณพบว่ามากกว่าครึ่งหนึ่งของหลุมดำที่มีมวลมากกว่า 40 เท่าของมวลรวมดวงอาทิตย์ มีค่าการหมุนอยู่ที่ประมาณ 0.66 เท่าของค่าสูงสุดตามทฤษฎี ซึ่งใกล้เคียงกับตัวเลข 0.7 ที่แบบจำลองคอมพิวเตอร์เคยคำนวณไว้ว่านี่คือ “ลายเซ็นเฉพาะตัว” ของหลุมดำรุ่นที่สอง ขณะเดียวกันทีมของบานากิรีที่ใช้แบบจำลองแบบไม่ยึดติดกับทฤษฎีใด ๆ ก็พบกลุ่มประชากรหลุมดำมวลยักษ์ที่มีพฤติกรรมสอดคล้องกัน โดยมักจับคู่กับหลุมดำที่มีมวลน้อยกว่าครึ่งหนึ่งของมันพอดี ซึ่งเป็นลักษณะเด่นของการชนกันแบบเป็นลำดับขั้นเช่นกัน
ความสอดคล้องจากผลการวิเคราะห์ที่ใช้สมมติฐานต่างกันอย่างสิ้นเชิงในครั้งนี้ ช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือให้กับทฤษฎีการชนซ้ำซ้อนอย่างมีนัยสำคัญ และช่วยอธิบายปริศนาค้างคาใจในวงการจักรวาลวิทยาว่า เหตุใดจึงมีหลุมดำบางดวงที่มีมวลหนาแน่นอยู่ในช่วงว่างเว้นของมวล (Mass gap) ที่ดาวฤกษ์ทั่วไปไม่สามารถระเบิดแล้วสร้างขึ้นมาได้ รวมถึงเป็นคำใบ้ว่าหลุมดำมวลสารดาวฤกษ์ (Stellar-mass Black Holes) อาจทำหน้าที่เป็นเมล็ดพันธุ์ที่คอยชนรวมกันเรื่อย ๆ จนเติบโตเป็นหลุมดำมวลยิ่งยวด (Supermassive Black Hole) ที่อยู่ใจกลางกาแล็กซีต่าง ๆ ซึ่งในอนาคตเมื่ออุปกรณ์ตรวจวัดได้รับการอัปเกรดให้มีความไวต่อสัญญาณมากขึ้น มนุษยชาติจะได้รับภาพที่คมชัดยิ่งขึ้นเกี่ยวกับกลไกสุดขั้วที่คอยหล่อหลอมและกำหนดทิศทางวิวัฒนาการของโครงสร้างผืนผ้าใบแห่งเอกภพแห่งนี้
ข้อมูลอ้างอิง: LIGO Scientific Collaboration
- Evidence Mounts for Hierarchical Black Hole Mergers
