ทีมนักวิทยาศาสตร์จากความร่วมมือไลโก-เวอร์โก-คากระ (LIGO-Virgo-KAGRA) ประกาศการค้นพบคลื่นความโน้มถ่วง (gravitational waves) จากการรวมตัวของหลุมดำคู่ (binary black holes) ที่มีมวลมหาศาลที่สุดเท่าที่เคยตรวจจับได้ การชนกันครั้งประวัติศาสตร์นี้ก่อให้เกิดหลุมดำขนาดใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ถึง 225 เท่า และส่งแรงสั่นสะเทือนมายังโลกในรูปของคลื่นความโน้มถ่วง
เหตุการณ์ดังกล่าวซึ่งได้รับการขนานนามว่า GW231123 ถูกตรวจจับได้เมื่อวันที่ 23 พฤศจิกายน พ.ศ. 2566 โดยหอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงไลโก (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory หรือ LIGO) ในสหรัฐอเมริกา และหอสังเกตการณ์เวอร์โก (Virgo) ในอิตาลี และคากระ (KAGRA) ในญี่ปุ่น การวิเคราะห์ข้อมูลอย่างละเอียดเผยให้เห็นว่า หลุมดำสองดวงที่โคจรรอบกันและรวมตัวกันในท้ายที่สุดนั้น มีมวลประมาณ 100 และ 140 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ตามลำดับ
การค้นพบครั้งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในวงการดาราศาสตร์ เนื่องจากมวลของหลุมดำต้นกำเนิดทั้งสองดวงนั้นอยู่ในช่วงที่เรียกว่า “ช่องว่างมวล” (mass gap) ซึ่งเป็นช่วงมวลที่ตามทฤษฎีวิวัฒนาการดาวฤกษ์ (stellar evolution) ในปัจจุบันไม่สามารถอธิบายการก่อกำเนิดของหลุมดำในขนาดนี้ได้ โดยทั่วไปแล้ว หลุมดำที่เกิดจากการยุบตัวของดาวฤกษ์โดยตรงไม่ควรมีมวลอยู่ระหว่าง 60 ถึง 130 เท่าของมวลดวงอาทิตย์
ศาสตราจารย์มาร์ก แฮนนัม (Professor Mark Hannam) จากมหาวิทยาลัยคาร์ดิฟฟ์ (Cardiff University) และสมาชิกของทีมวิทยาศาสตร์ไลโกกล่าวว่า “นี่คือระบบหลุมดำคู่ที่มีมวลมากที่สุดที่เราเคยสังเกตการณ์ผ่านคลื่นความโน้มถ่วง และมันถือเป็นความท้าทายที่แท้จริงต่อความเข้าใจของเราเกี่ยวกับการก่อตัวของหลุมดำ”
นักวิทยาศาสตร์กำลังสำรวจทฤษฎีที่เป็นไปได้หลายทาง เพื่ออธิบายการมีอยู่ของหลุมดำขนาดมหึมาเช่นนี้ หนึ่งในนั้นคือสมมติฐาน “การรวมตัวตามลำดับชั้น” (hierarchical merger) ซึ่งเสนอว่าหลุมดำขนาดใหญ่เหล่านี้ อาจเกิดจากการรวมตัวของหลุมดำที่เล็กกว่า ซึ่งเกิดขึ้นก่อนหน้าหลายทอดในบริเวณที่มีดาวฤกษ์อยู่อย่างหนาแน่น
นอกเหนือจากมวลที่ทำลายสถิติแล้ว ข้อมูลยังบ่งชี้ว่าหลุมดำทั้งสองหมุนรอบตัวเองด้วยความเร็วสูงมาก เกือบถึงขีดจำกัดสูงสุดที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (General Relativity) ของไอน์สไตน์ (Einstein) ทำนายไว้ ซึ่งยิ่งเพิ่มความซับซ้อนและน่าสนใจให้กับการค้นพบครั้งนี้
หลุมดำที่เกิดขึ้นใหม่จากการรวมตัวมีมวลประมาณ 225 เท่าของดวงอาทิตย์ จัดให้มันอยู่ในประเภท หลุมดำมวลปานกลาง (Intermediate-Mass Black Hole หรือ IMBH) ซึ่งเป็นวัตถุที่นักดาราศาสตร์ค้นหามานาน การค้นพบนี้เป็นการยืนยันการมีอยู่ของหลุมดำประเภทนี้อย่างชัดเจน และเป็นการเปิดหน้าต่างบานใหม่สู่การทำความเข้าใจจักรวาลในยุคแรกเริ่มและการก่อตัวของหลุมดำมวลยิ่งยวด (supermassive black holes) ที่ใจกลางกาแล็กซีต่างๆ
การค้นพบนี้ได้รับการนำเสนอในที่ประชุมสมาคมฟิสิกส์อเมริกัน (American Physical Society) และสร้างความตื่นตัวให้กับชุมชนดาราศาสตร์ทั่วโลก ซึ่งคาดว่าจะมีการศึกษาและวิเคราะห์ข้อมูลจากเหตุการณ์นี้ต่อไปอีกหลายปี เพื่อไขปริศนาที่ซ่อนอยู่เบื้องหลังการรวมตัวของหลุมดำแห่งห้วงอวกาศคู่นี้
ข้อมูลอ้างอิง: Caltech
- LIGO Detects Most Massive Black Hole Merger to Date
