สมาคมดาราศาสตร์ไทย

ไลโก-เวอร์โก ตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงอีกแล้ว แม่นยำกว่าเดิมสิบเท่า

13 ต.ค. 2560
รายงานโดย: วิมุติ วสะหลาย (wimut@hotmail.com)
เมื่อวันที่ 27 กันยายน ที่ผ่านมา ณ เมืองตูริน ประเทศอิตาลี ได้มีการประกาศการค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงอีกครั้งหนึ่ง ครั้งนี้นับเป็นครั้งที่ แล้ว 

คลื่นความโน้มถ่วงถูกค้นพบเป็นครั้งแรกในปี 2559 โดยหอสังเกตการณ์ไลโก ซึ่งเป็นหอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงที่อาศัยหลักการแทรกสอดสองแห่ง แห่งหนึ่งอยู่ในมลรัฐลุยเซียนา และอีกแห่งหนึ่งอยู่ในมลรัฐวอชิงตัน คลื่นความโน้มถ่วงในครั้งนั้นเกิดจากหลุมดำสองดวงที่มีมวล 36 มวลสุริยะและ 29 มวลสุริยะชนกัน 
การค้นพบครั้งนั้นเป็นเรื่องที่สั่นสะเทือนวงการฟิสิกส์ดาราศาสตร์ เพราะคลื่นความโน้มถ่วงเป็นสิ่งที่ตรวจจับได้ยากมาก และยังเป็นการยืนยันความถูกต้องของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของแอลเบิร์ต ไอน์สไตน์ที่กล่าวไว้เมื่อหนึ่งศตวรรษก่อนหน้า

การค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงครั้งที่สี่นี้ เป็นความก้าวหน้าทางดาราศาสตร์คลื่นความโน้มถ่วงครั้งยิ่งใหญ่ เพราะเป็นการค้นพบโดยหอสังเกตการณ์สามแห่ง แทนที่จะเป็นไลโกสองแห่งดังที่เคยเป็นมา การค้นพบครั้งนี้เป็นการทำงานประสานกันระหว่างไลโกและเวอร์โก ซึ่งเป็นหอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงอีกแห่งหนึ่ง ตั้งอยู่ในประเทศอิตาลี

การที่มีข้อมูลจากการสังเกตการณ์จากหอสังเกตการณ์ถึงสามแห่ง ทำให้ระบุตำแหน่งของแห่งกำเนิดคลื่นได้แม่นยำขึ้น โดยสามารถตีกรอบพื้นที่ต้องสงสัยของแหล่งกำเนิดบนท้องฟ้าได้แคบลงนับสิบเท่า การตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงในสามครั้งแรกซึ่งมีข้อมูลจากไลโกเพียงสองแห่ง นักดาราศาสตร์ตีกรอบพื้นที่ต้องสงสัยออกมาเป็นแถบยาวพาดไปเกือบครบรอบท้องฟ้า กินพื้นที่ประมาณ 600 ตารางองศา แต่ในครั้งนี้ ข้อมูลเสริมจากเวอร์โกช่วยให้นักดาราศาสตร์ตีกรอบพื้นที่ต้องสงสัยได้เล็กลงจนเหลือเพียงแต้มเล็ก ๆ ที่กินพื้นที่เพียง 60 ตารางองศาเท่านั้น

นอกจากจะระบุตำแหน่งของแหล่งกำเนิดคลื่นได้แม่นยำขึ้นมากแล้ว การค้นพบครั้งนี้ยังเป็นครั้งแรกที่วัดโพลาไรเซชันของคลื่นได้อีกด้วย 

ไลโกและเวอร์โกได้แจ้งตำแหน่งของแหล่งกำเนิดคลื่นไปยังหอสังเกตการณ์อื่น (ซึ่งเป็นหอสังเกตการณ์เชิงแสง) เพื่อสำรวจพื้นที่ดังกล่าวเผื่อว่าจะมีแสงอื่นจากแปล่งกำเนิดแผ่ออกมาหรือไม่ แต่ไม่มีรายงานว่ามีแสงใดที่แสดงถึงการชนนั้น

เวอร์โกและไลโกเริ่มเดินเครื่องตรวจจับเมื่อวันที่ สิงหาคม จนเมื่อวันที่ 14 สิงหาคม หลังจากการเดินเครื่องเพียงสองสัปดาห์ คลื่นความโน้มถ่วงก็ได้ผ่านเข้ามายังหอสังเกตการณ์ไลโกที่ลิฟวิงสตันเป็นแห่งแรก หลังจากนั้นอีก มิลลิวินาที ก็แผ่ไปถึงหอสังเกตการณ์ที่แฮนฟอร์ด และหลังจากนั้นอีก มิลลิวินาทีคลื่นก็แผ่ไปถึงเวอร์โกในอิตาลี

แหล่งกำเนิดคลื่นครั้งนี้มีชื่อว่า จีดับเบิลยู 170814 (GW 170814) ตามวันที่ตรวจพบ การวิเคราะห์คลื่นพบว่าแหล่งกำเนิดอยูห่างจากทางช้างเผือกออกไป 1.8 พันล้านปีแสง เกิดจากหลุมดำสองดวงที่มีมวล 31 และ 25 เท่าของดวงอาทิตย์ หลังจากชนกันแล้วกลายเป็นหลุมดำเดี่ยวที่มีมวล 53 เท่าของดวงอาทิตย์ มวลที่หายไป มวลสุริยะได้เปลี่ยนไปเป็นพลังงานที่ใช้สร้างคลื่นความโน้มถ่วงในช่วงที่ใกล้จะชนกัน

หลังจากการแถลงข่าวผ่านไปเพียงหนึ่งสัปดาห์ ได้มีการประกาศชื่อผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2017 ซึ่งรางวัลตกเป็นของนักวิทยาศาสตร์สามคน ได้แก่ เรเนอร์ ไวส์ จากเอ็มไอที แบร์รี บาริช และ คิป ทอร์น จากคาลเทค จากบทบาทที่เป็นผู้ร่วมก่อตั้งหอสังเกตการณ์ไลโก

หอสังเกตการณ์ไลโกสร้างขึ้นด้วยทุนของมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติสหรัฐอเมริกา ส่วนหอสังเกตการณ์เวอร์โกเป็นโครงการร่วมระหว่างศูนย์วิจัยวิทยาศาสตร์แห่งชาติฝรั่งเศสกับสถาบันฟิสิกส์นิวเคลียร์แห่งชาติอิตาลี

นักดาราศาสตร์มีแผนจะสร้างสถานีตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงในอวกาศในอนาคต โครงการนี้มีชื่อว่า ลิซา (LISA--Laser Interferometer Space Antenna) ซึ่งคาดว่าจะพร้อมใช้งานได้ในปี 2577 หอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงลอยฟ้าจะมีความแม่นยำมากกว่าไลโกไม่น้อยกว่าห้าเท่า 

ก่อนจะถึงวันนั้น เวอร์โกและไลโกจะยังคงร่วมกันสำรวจคลื่นความโน้มถ่วงต่อไป ทั้งคู่มีกำหนดจะเดินเครื่องครั้งต่อไปในปลายปี 2561 นักดาราศาสตร์คาดหวังว่า ด้วยการทำงานประสานกันระหว่างเวอร์โกและไลโก เครือข่ายนี้อาจตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงได้บ่อยถึงสัปดาห์ครั้งเลยทีเดียว

ภาพในจินตนาการของศิลปิน <wbr>แสดงภาพของหลุมดำสองดวงกำลังชนกัน <wbr><br />
<br />

ภาพในจินตนาการของศิลปิน แสดงภาพของหลุมดำสองดวงกำลังชนกัน 

(จาก LIGO/Caltech/MIT/Sonoma State (Aurore Simonnet))

ทรงกลมท้องฟ้าที่แสดงพื้นที่ต้องสงสัยของแหล่งกำเนิดคลื่นความโน้มถ่วงที่ตรวจพบแต่ละครั้ง <wbr>สามครั้งแรกตรวจพบโดยหอสังเกตการณ์ไลโกสองแห่ง <wbr>พื้นที่ต้องสงสัยของแหล่งกำเนิดคลื่นจึงเป็นแถบยาวกินพื้นที่มาก <wbr>ส่วนการค้นพบครั้งล่าสุดคือ <wbr>จีดับเบิลยู <wbr>170814 <wbr>ตรวจพบโดยหอสังเหตการณ์สามแห่ง <wbr>จึงระบุตำแหน่งแหล่งกำเนิดได้แคบลงมาก <wbr>(พื้นที่รูปหยดน้ำสีเขียวอ่อนทางซ้ายล่าง)<br />
<br />
LIGO/Virgo

ทรงกลมท้องฟ้าที่แสดงพื้นที่ต้องสงสัยของแหล่งกำเนิดคลื่นความโน้มถ่วงที่ตรวจพบแต่ละครั้ง สามครั้งแรกตรวจพบโดยหอสังเกตการณ์ไลโกสองแห่ง พื้นที่ต้องสงสัยของแหล่งกำเนิดคลื่นจึงเป็นแถบยาวกินพื้นที่มาก ส่วนการค้นพบครั้งล่าสุดคือ จีดับเบิลยู 170814 ตรวจพบโดยหอสังเหตการณ์สามแห่ง จึงระบุตำแหน่งแหล่งกำเนิดได้แคบลงมาก (พื้นที่รูปหยดน้ำสีเขียวอ่อนทางซ้ายล่าง)

LIGO/Virgo

กราฟแสดงมวลของคู่หลุมดำที่เป็นต้นกำเนิดคลื่นความโน้มถ่วงตามที่ตรวจพบได้ทั้งสี่ครั้ง <wbr><br />
<br />

กราฟแสดงมวลของคู่หลุมดำที่เป็นต้นกำเนิดคลื่นความโน้มถ่วงตามที่ตรวจพบได้ทั้งสี่ครั้ง 

(จาก LIGO/Caltech/Sonoma State (Aurore Simonnet))

ภาพถ่ายทางอากาศของหอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงเวอร์โก <wbr>ตั้งอยู่ใกล้เมืองปีซา <wbr>อิตาลี<br />
<br />

ภาพถ่ายทางอากาศของหอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงเวอร์โก ตั้งอยู่ใกล้เมืองปีซา อิตาลี

(จาก The Virgo collaboration/CCO 1.0)

สามผู้บุกเบิกในการสร้างหอสังเกตการณ์ตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงไลโก จากซ้าย เรเนอร์  ไวสส์, คิป ทอร์น, และ แบร์รี บาริช ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2017

สามผู้บุกเบิกในการสร้างหอสังเกตการณ์ตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงไลโก จากซ้าย เรเนอร์ ไวสส์, คิป ทอร์น, และ แบร์รี บาริช ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2017