การตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงพบสสารมืดหรือไม่

Share

28 มิถุนายน 2559

นักวิจัยจากภาควิชาฟิสิกส์เเละดาราศาสตร์ของ Johns Hopkins Henry A. Rowland ได้เริ่มต้นการคำนวณเมื่อ LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) ตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงได้ในเดือนกุมภาพันธ์ ซึ่งเมื่อเร็วๆนี้ผลการคำนวณของพวกเขาได้รับการพิมพ์ในวารสาร Physical Review Letters ซึ่งเป็นหลักฐานที่สำคัญในการสนับสนุนการเผยความลับของดาราศาสตร์ฟิสิกส์

รูปภาพนี้เเสดงให้เห็นถึงสองหลุมดำในช่วงเวลาก่อนการปะทะกันเเละการรวมตัวกลายเป็นหลุมเดียวกัน ได้ปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปของคลื่นความโน้มถ่วง ซึ่งในวันที่ 26 ธันวาคม พ.ศ. 2558 หลังจากที่คลื่นความโน้มถ่วงเดินทางในอวกาศมาถึงโลกเป็นระยะทาง 1,400,000,000 ปี เเละครั้งนี้นับว่าเป็นครั้งที่สองที่ LIGO ตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง ซึ่งเป็นสิ่งที่ยืนยันทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ เเละการยอมรับวิธีการศึกษาเอกภพด้วยวิธีการใหม่ทางดาราศาสตร์คลื่นความโน้มถ่วงในอนาคต จากรูปภาพนี้เเสดงหลุมดำมวล 14 (หลุมซ้าย) เเละ 8 (หลุมขวา) เท่าของมวลดวงอาทิตย์ ก่อนรวมตัวกันกลายเป็นหลุมดำใหม่มวลรวม 21 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ โดยมวลที่หายไปเท่ากับมวลดวงอาทิตย์ถูกปลดปล่อยออกมาในรูปคลื่นความโน้มถ่วง

Image credit: Numerical Simulations: S. Ossokine and A. Buonanno, Max Planck Institute for Gravitational Physics, and the Simulating eXtreme Spacetime (SXS) project. Scientific Visualisation: T. Dietrich and R. Haas, Max Planck Institute for Gravitational Physics.

 

        “การค้นพบหลุมดำที่มีวงโคจรรอบกันเเละกันด้วย LIGO อาจมีสัญญาณของสสารมืด” มวลของวัตถุทั้งสองที่เครื่อง LIGO ตรวจจับได้อาจประกอบด้วยสสารมืดก็ได้

        ตั้งเเต่ปี พ.ศ. 2473 ถึงปี พ.ศ. 2513 หลักฐานการมีอยู่ของสสารมืดจำนวนมากได้ถูกนำมาศึกษาจนให้ความเเม่นยำที่สูงขึ้น สสารมืดถูกตรวจจับได้ด้วยผลของเเรงโน้มถ่วง ยกตัวอย่างเช่น อิทธิพลของสสารมืดที่อยู่ใกล้เคียงกันสามารถนำมาอธิบายถึงความไม่เเน่นอนในการหมุนของกาเเลกซี

        มวลของหลุมดำได้ถูกตรวจจับมาเทียบเท่ากับมวลของดวงอาทิตย์ของเรา การชนกันของวัตถุทำให้เครื่อง LIGO ได้ตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง ซึ่งมีมวล 36 เเละ 29 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ หลุมดำขนาดใหญ่เหล่านี้สามารถคาดเดาขนาดหลุมดำของดาวขนาดใหญ่ได้ เเต่ก็ยังมีขนาดเล็กเกินที่จะคาดเดาขนาดของหลุมดำมวลมากบริเวณใจกลางของกาเเลกซี

        มวลหลุมดำที่ LIGO ตรวจจับได้อยู่ในช่วงมวลของ “จุดเริ่มต้นหลุมดำ” (primordial black holes)

        จุดเริ่มต้นหลุมดำ ทำให้เชื่อว่าการรวมตัวไม่ได้มาจากดาวหลายๆดวง เเต่มาจากการยุบตัวของเเก็สขนาดใหญ่ในระหว่างการเกิดเอกภพ ในขณะที่พวกมันไม่ได้ถูกกำหนดตำเเหน่งไว้อย่างเเน่ชัด เเต่มันมีส่วนสนับสนุนวิธีการที่มีความเป็นไปได้ในการไขความลับของสสารมืด เเม้ว่า “สสารมืดเป็นจุดเริ่มต้นหลุมดำ” เเต่นักวิทยาศาสตร์จำนวนมากคิดว่ามันเป็นไปไม่ได้

        จากการค้นพบของเครื่อง LIGO ได้เพิ่มความหวังอีกครั้ง โดยเฉพาะการทดลองตรวจจับวัตถุที่สอดคล้องกับการคาดเดามวลของสสารมืด ซึ่งการคาดเดาของนักวิทยาศาสตร์ในอดีตถึงปัจจัยในการเกิดเอกภพที่สร้างจุดเริ่มต้นหลุมดำเหล่านี้กระจายอย่างสม่ำเสมอในเอกภพ รวมถึงการรวมกันเป็นกลุ่มในรัศมีรอบๆกาเเลกซี การคาดเดาทั้งหมดนี้จะทำให้หลุมดำเป็นทางเลือกที่ดีสำหรับสสารมืด

        ทีม Johns Hopkins กล่าวว่าคำนวณจุดเริ่มต้นหลุมดำเหล่านี้ว่ามีความน่าจะเป็นเเบบวงโคจรรอบกันเเละเเบบชนกันในที่สุด ซึ่งพิจารณาขนาดเเละรูปร่างของหลุมดำพบว่า ลักษณะจุดเริ่มต้นหลุมดำเเบบวงโคจรรอบมีการชนสอดคล้องกันกับการค้นพบของเครื่อง LIGO 

        จากหลักฐานเพิ่มเติมของเครื่อง LIGO เเละหลักฐานอื่นๆ จะสนับสนุนการคาดเดาเหล่านี้ รวมทั้งการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงได้ในครั้งที่สองนี้ มันจะสามารถบอกได้ว่าสัญญาณวัตถุนั้นคือ มวล 

        หากการค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงมีจำนวนมากถึง 30 เหตุการณ์ มันจะสามารถเชื่อมโยงได้ถึงสสารมืด ซึ่งสร้างความตื่นเต้นเเก่นักดาราศาสตร์ได้เป็นอย่างมาก 

 

 

เรียบเรียงโดย :: ปิยะพงศ์ หิรัญรัตน์

ข้อมูลอ้างอิง ::

http://astronomynow.com/2016/06/16/did-gravitational-wave-detector-find-dark-matter/

http://www.narit.or.th/index.php/astronomy-news/2427-ligo-gravitational-wave-gw150914

http://www.narit.or.th/index.php/astronomy-news/2559-more-gravitational-waves-detected