นักฟิสิกส์ตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงที่อาจเกิดจากหลุมดำกลืนกินดาวนิวตรอนเป็นครั้งแรก

   
            เมื่อวันที่ 14 สิงหาคม ค.ศ.2019 ที่ผ่านมา LIGO และ Virgo ซึ่งเป็นหน่วยงานที่ศึกษาและทำหน้าที่ตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงได้ตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วง (Gravitational Wave) ที่ “อาจจะ” เกิดจากการหลอมรวมกันของหลุมดำกับดาวนิวตรอนเมื่อประมาณ 900 ล้านปีก่อน เหตุการณ์นี้ได้รับการตั้งชื่อว่า S190814bv


           คลื่นความโน้มถ่วงเป็นหนึ่งในผลผลิตจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (General Relativity) ที่ถูกนำเสนอโดยอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) เมื่อปี ค.ศ.1915 โดยคลื่นความโน้มถ่วงคือปรากฏการณ์ที่ผืนผ้าของอวกาศเกิดการกระเพื่อมเป็นริ้วคลื่นเนื่องจากการเคลื่อนที่ของมวลแล้วแผ่ออกไปรอบทิศทางคล้ายคลื่นบนผิวน้ำ โดยริ้วคลื่นนี้เกิดจากมวลที่ขยับด้วยความเร่งหรือเหตุการณ์ที่รุนแรงในอวกาศ เช่น การกำเนิดของเอกภพ การระเบิดของดาวฤกษ์ และการชนกันของวัตถุที่มีมวลมหาศาล หากผู้อ่านท่านใดสนใจรายละเอียดเรื่องคลื่นความโน้มถ่วงสามารถเข้าไปอ่านได้ในบทความชื่อ คลื่นความโน้มถ่วง : หน้าต่างบานใหม่สำหรับการศึกษาเอกภพ ในเว็บไซต์ของสมาคมฟิสิกส์ไทย


           คลื่นความโน้มถ่วงที่มาจากแหล่งกำเนิดที่ต่างกันย่อมมีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ได้ทำการจำแนกประเภทของคลื่นความโน้มถ่วงเอาไว้ 4 ชนิด ดังนี้


1.    Continuous Gravitational Waves หมายถึงคลื่นความโน้มถ่วงที่เกิดจากวัตถุมวลมากกำลังหมุนรอบตัวเอง แต่วัตถุนั้นไม่ใช่ทรงกลมสมบูรณ์ ส่วนที่โป่งนูนบนทรงกลมจึงทำให้เกิดคลื่นความโน้มถ่วงแผ่กระจายออกไปโดยรอบ หากอัตราการหมุนของวัตถุมีค่าคงที่ ความถี่และแอมพลิจูดของคลื่นที่ปลดปล่อยออกมาก็จะมีลักษณะคงที่เช่นกัน
2.    Compact Binary Inspiral Gravitational Waves หมายถึงคลื่นความโน้มถ่วงที่เกิดจากวัตถุที่มีมวลและความหนาแน่นสูงที่กำลังโคจรรอบกันแล้วค่อยๆ สูญเสียพลังงานออกมาในรูปของคลื่นความโน้มถ่วง เช่น การโคจรรอบกันและกันของหลุมดำสองดวง การโคจรรอบกันและกันของดาวนิวตรอนสองดวง และการโคจรรอบกันและกันของหลุมดำกับดาวนิวตรอน หากวัตถุทั้งสองเข้าชนกันก็จะแผ่คลื่นความโน้มถ่วงปริมาณมหาศาลออกมาอย่างฉับพลัน 3.    Stochastic Gravitational Waves หมายถึงคลื่นความโน้มถ่วงขนาดเล็กและมีสัญญาณเบาบางที่แผ่ออกมาจากที่ต่างๆ ในเอกภพซึ่งยากต่อการตรวจจับและเคลื่อนที่ผ่านโลกตลอดเวลา โดยปกติแล้วคลื่นความโน้มถ่วงชนิดนี้ไม่ได้มีเอกลักษณ์ที่ชัดเจนทำให้ต้องใช้หลักสถิติในการวิเคราะห์ข้อมูล แต่มีความเป็นไปได้ว่าสัญญาณบางส่วนในกลุ่มนี้อาจมาจากเหตุการณ์บิกแบง


4.    Burst Gravitational Waves หมายถึงคลื่นความโน้มถ่วงที่เกิดจากปรากฏการณ์ที่นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ยังไม่รู้จักและอยู่นอกเหนือการคาดการณ์ในแบบจำลอง ซึ่งหากมีการตรวจพบและทำความเข้าใจได้มากพอ คลื่นความโน้มถ่วงรูปแบบนี้จะทำให้เราเข้าใจปรากฏการณ์ในเอกภพมากขึ้น


          นับตั้งแต่คลื่นความโน้มถ่วงจากการหลอมรวมกันของหลุมดำสองดวงขนาด 36 และ 29 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ถูกตรวจจับได้ครั้งแรกเมื่อวันที่ 14 กันยายน ค.ศ.2015 ด้วยเครื่อง Advance LIGO (หลุมดำทั้งสองรวมกันเป็นหลุมดำดวงใหม่ที่มีมวลประมาณ 62 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ ส่วนมวลที่หายไปกลายเป็นพลังงานของคลื่นความโน้มถ่วง) หลังจากนั้น LIGO กับ Virgo ก็ตรวจจับคลื่นความโน้มได้อีกหลายครั้ง และจากการ


          วิเคราะห์สัญญาณคลื่นก็พบว่าคลื่นความโน้มถ่วงเหล่านั้นล้วนเกิดจากการรวมกันของหลุมดำสองดวงหรือไม่ก็ดาวนิวตรอนสองดวง กล่าวคือการรวมตัวกันของหลุมดำจะให้สัญญาณคลื่นในช่วงสั้นๆ ราว 0.2 วินาที ในขณะที่การรวมตัวกันของดาวนิวตรอนจะให้ช่วงสัญญาณคลื่นที่ยาวกว่า 100 วินาที แต่คลื่นความโน้มถ่วงที่ตรวจพบครั้งล่าสุดแตกต่างจากครั้งก่อนๆ จากการวิเคราะห์เบื้องต้นพบว่ามวลสองดวงที่ให้กำเนิดคลื่นความโน้มถ่วงนี้ มวลหนึ่งมีค่าประมาณ 5 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ ส่วนอีกมวลหนึ่งมีค่าน้อยกว่า 3 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ ซึ่งในทางทฤษฎีสามารถประเมินได้ว่ามวลแรกคือหลุมดำ ส่วนมวลที่สองคือดาวนิวตรอน เนื่องจากดาวนิวตรอนที่มีมวลมากกว่า 3 เท่าของมวลดวงอาทิตย์จะส่งผลให้ความดันนิวตรอนดีเจอเนอเรซี (Neutron Degeneracy Pressure) ไม่สามารถต้านทานแรงโน้มถ่วงได้จนยุบตัวลงเป็นหลุมดำในที่สุด


          ในขณะนี้ นักดาราศาสตร์กำลังใช้กล้องโทรทรรศน์จับตามองไปยังบริเวณที่เป็นแหล่งกำเนิดคลื่น หากผลการวิเคราะห์ตรงกับผลการสังเกตก็หมายความว่านี่จะเป็น “ครั้งแรก” ที่นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ได้พบคลื่นความโน้มถ่วงจากการรวมกันระหว่างหลุมดำกับดาวนิวตรอน อย่างไรก็ตาม นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์บางกลุ่มได้ให้ความเห็นว่ามวลดวงเล็กอาจเป็นหลุมดำขนาดเล็ก (Pint-Size Black Hole) ก็ได้ ส่วนความจริงจะเป็นเช่นไรนั้น เราต้องติดตามกันต่อไป

อ้างอิง

• https://phys.org/news/2019-08-scientists-black-hole-swallowing-neutron.html?fbclid=IwAR2Kf_UiIo5MWMliULWA_aFw1t-fTUKgBuA-r1ZXoGF8N-3G2kz20FSV_f4
•  
• https://www.sciencealert.com/we-might-have-just-caught-a-black-hole-in-the-act-of-eating-a-neutron-star?fbclid=IwAR3o-ZK2WRD16_jL88MvuEM_M1W71nQno1BJpteWjhGZ_8OM6igLoezlSX0
•  
• https://www.nationalgeographic.com/science/2019/08/astronomers-probably-just-saw-black-hole-swallow-neutron-star/?fbclid=IwAR2Xc8rNXcTW12KivvXsEgo2se77d5niZ5fUsUn1X-R87OrCBs15d6ovftQ
•  
• https://www.scientificamerican.com/article/astronomers-spy-a-black-hole-devouring-a-neutron-star/
• https://www.ligo.org/detections.php?fbclid=IwAR2zNkhkpvXwHO2BdhG5Cr7hk5UPzOGgyvzG1JVmoPaK033cEbUG6alCko8
•  
• https://www.ligo.caltech.edu/page/gw-sources?fbclid=IwAR0Oc7RQd4P_QaYutRE58nsfsncsTGFnNUFw3-LGIs5EInAn2qs4Rokx43s
•  
• https://gracedb.ligo.org/superevents/S190814bv/view/?fbclid=IwAR3fx6Ym9mOVFhXQ_Gn7bW1Ho9zMxgv3EieKSIXUjmA4fOzhY8Z718vatBg
•  
• https://gcn.gsfc.nasa.gov/gcn3/25333.gcn3?fbclid=IwAR3sBcylVMNzHmeRNu1hvAQQwl0hCt_Ge0FPOmnZUbLN7i9ai9jRcM09pFA