ตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงใหม่-ย้ำทฤษฎีของไอน์สไตน์

วันนี้(28 ก.ย.2560) ดร.ศุภชัย อาวิพันธุ์ นักวิจัยสถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ กล่าวว่า  เมื่อคืนวานนี้ ทีมนักฟิสิกส์แห่ง LIGO และ VIRGO แถลงข่าวการตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วง GW170814 ซึ่งเป็นคลื่นความโน้มถ่วงที่เกิดจากการรวมตัวกันของหลุมดำคู่

นับเป็นครั้งแรกที่สามารถตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงจากเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง 3 เครื่อง ทำให้สามารถหาตำแหน่งแหล่งกำเนิดคลื่นความโน้มถ่วงได้อย่างแม่นยำ นอกจากนี้ ยังช่วยให้สามารถศึกษาปรากฏการณ์โพราไรเซชันของคลื่นความโน้มถ่วง เพื่อนำไปยืนยันทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ได้

 

 

การค้นพบคลื่นความโน้มถ่วง GW170814 ซึ่งเป็นคลื่นความโน้มถ่วงที่ถูกค้นพบในลำดับที่ 4 ยังได้สร้างสถิติใหม่เกิดขึ้นจำนวนมาก เนื่องจากเป็นคลื่นความโน้มถ่วงแรก ที่ถูกตรวจวัดด้วยเครื่องตรวจจับ Advanced Virgo และถูกตรวจวัดด้วยเครื่องตรวจจับพร้อมกันถึง 3 เครื่อง นอกจากนี้ยังค้นพบการโพลาไรซ์  ของคลื่นความโน้มถ่วงในครั้งนี้ด้วย

การตรวจพบสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงดังกล่าวเกิดขึ้นเมื่อวันที่ 14 ส.ค.2560 เวลา 17:30:43 น. ตามเวลาประเทศไทย โดยเครื่องตรวจจับ Advance LIGO ณ เมือง Livingston สหรัฐอเมริกา เป็นเครื่องตรวจจับแรกที่ตรวจวัดสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงได้ และในอีก 6 มิลลิวินาทีต่อมา เครื่องตรวจจับ Advance LIGO ณ เมือง Hanfond สหรัฐอเมริกา ก็สามารถตรวจวัดสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงเดียวกันได้ ไม่เพียงเท่านั้น หลังจากนั้นเพียง 6 มิลลิวินาที เครื่องตรวจจับ Advance Virgo ซึ่งอยู่อีกซีกโลกหนึ่ง ณ เมือง Cascina ประเทศอิตาลี ก็สามารถตรวจวัดคลื่นความโน้มถ่วงเดียวกันได้เช่นกัน นับเป็นการตรวจวัดคลื่นความโน้มถ่วงแรกของเครื่องตรวจจับ Advance Virgo

 

 

สำหรับเครื่องตรวจจับ Advance Virgo พัฒนามาจากเครื่องตรวจจับ Virgo ซึ่งเริ่มใช้งานในเดือนเม.ย.ที่ผ่านมา และได้เริ่มสังเกตการณ์ร่วมกับเครื่องตรวจจับ Advance LIGO เมื่อวันที่ 1 ส.ค.ที่ผ่านมา แม้ว่าสัญญาณที่ตรวจวัดด้วยเครื่องตรวจจับ Advance Virgo จะมีความแม่นยำ ที่น้อยกว่าเครื่องตรวจจับ Advance LIGO แต่การที่เครื่องตรวจจับแต่ละเครื่อง ได้ถูกออกแบบและปฏิบัติงานอย่างเป็นอิสระต่อกันโดยสิ้นเชิงนั้น ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถยืนยันการค้นพบดังกล่าวได้ดียิ่งขึ้น

คลื่นความโน้มถ่วง GW170814 ที่วัดได้ เกิดจากการรวมตัวของหลุมดำมวลประมาณ 31 และ 25 เท่าของดวงอาทิตย์ ห่างออกไปประมาณ 1.8 พันล้านปีแสง การรวมตัวดังกล่าวทำให้เกิดหลุมดำใหม่ที่มีมวลประมาณ 53 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ และมวลอีกประมาณ 3 เท่าของดวงอาทิตย์ถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานของคลื่นความโน้มถ่วง ในขณะที่เกิดการรวมตัวกัน สัญญาณที่ตรวจวัดได้จากเครื่องตรวจจับ Advance Virgo นั้นแตกต่างจากสัญญาณที่ตรวจวัดได้จากเครื่องตรวจจับ Advance LIGO พอสม ควร เป็นผลมาจากการโพลาไรซ์ของคลื่นความโน้มถ่วงที่เกิดจากการบิดเบี้ยวของกาลเวลาใน 3 มิติ ซึ่งการโพลาไรซ์ที่ตรวจวัดได้จากคลื่นความโน้มถ่วง GW170814 สอดคล้องกับทฤษฎีของไอน์สไตน์

 

 

นอกจากนี้ การเพิ่มเครื่องตรวจจับจากจำนวน 2 เครื่องเป็น 3 เครื่องนั้นทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถทราบตำแหน่งของแหล่งกำเนิดคลื่นความโน้มถ่วงได้แม่นยำยิ่งขึ้น ก่อนหน้านี้ การวิเคราะห์ตำแหน่งแหล่งกำเนิดคลื่นความโน้มถ่วงด้วยเครื่องตรวจจับ LIGO เพียงสองเครื่อง ทำให้นักวิทยาศาสตร์ทราบเพียงว่าอยู่ภายในพื้นที่ประมาณ 60 ตารางองศาบนท้องฟ้า แต่การเพิ่มเครื่องตรวจจับ Advance Virgo เข้ามา ทำให้ทราบตำแหน่งของแหล่งกำเนิดได้แม่นยำขึ้น 10 เท่า จึงเป็นก้าวสำคัญที่อาจทำให้นักดาราศาสตร์ทราบถึงตำแหน่งที่แท้จริงของแหล่งกำเนิดคลื่นความโน้มถ่วง

ดร.ศุภชัย บอกว่า การศึกษาคลื่นความโน้มถ่วง ใช้อวกาศเป็นห้องปฏิบัติการ เนื่องจากมีวัตถุบางอย่างที่ไม่สามารถจำลองได้ในห้องปฏิบัติการบนโลก โดยเฉพาะหลุมดำหรือดาวนิวตรอน การศึกษาคลื่นความโน้มถ่วง จะช่วยให้เราสามารถเรียนรู้เกี่ยวกับวัตถุดังกล่าวได้มากขึ้น

 

รวมถึงการพิสูจน์ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ เช่น ศึกษาความเร็วของคลื่นความโน้มถ่วงว่ามีความเร็วเท่ากับแสงหรือไม่ซึ่งประโยชน์ของการศึกษาทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์นั้นปรากฏอยู่ในชีวิตประจำวันของเรา เช่น เทคโนโลยี GPS ที่ต้องใช้ทฤษฎีของไอน์สไตน์เพื่อความแม่นยำของระบบนำทาง เนื่องจากนาฬิกาของดาวเทียม GPS ที่โคจรอยู่ในอวกาศจะเดินช้ากว่านาฬิกาบนโลก เนื่องจากสนามแรงโน้มถ่วงที่แตกต่างกัน

ที่ผ่านมา สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ ได้เข้าร่วมโครงการ  GOTO กับมหาวิทยาลัย University of Warwick, University of Sheffield และ University of Leicester สหราชอาณาจักร และ Monarsh Univesity ออสเตรเลีย โดยโครงการ GOTO นั้นเป็นโครงการใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาดเล็ก ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.4 เมตร จำนวน 4-8 กล้อง ตั้งอยู่ที่เกาะ La Palma ในหมู่เกาะคานารี่ สาธารณรัฐสเปน เพื่อค้นหาสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงในช่วงความยาวคลื่นแสง   เพื่อศึกษาถึงตำแหน่งที่แท้จริงของแหล่งกำเนิดคลื่นความโน้มถ่วง และสัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของคลื่นความโน้มถ่วง   โดยโครงการนี้เป็นหนึ่งในความร่วมมือเพื่อสังเกตการณ์สัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของคลื่นความโน้มถ่วงร่วมกับกลุ่มวิจัย LIGO และ Virgo ซึ่งถือเป็นการเริ่มต้นการศึกษาคลื่นความโน้มถ่วงในประเทศไทย