คลื่นความโน้มถ่วง

การค้นพบใหม่ซึ่งปรากฏเมื่อเร็วๆ นี้ในThe Astrophysical Journal Lettersมาจากโครงการของสหรัฐฯ และแคนาดา ที่เรียกว่า North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav) เป็นเวลากว่า 13 ปีที่นักวิจัยของ NANOGrav ได้สำรวจลำแสงจากพัลซาร์หลายสิบดวงที่กระจายอยู่ทั่วกาแล็กซีทางช้างเผือกเพื่อพยายามตรวจจับ "พื้นหลังของคลื่นความโน้มถ่วง" นั่นคือสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์เรียกว่าการไหลคงที่ของรังสีความโน้มถ่วง ซึ่งตามทฤษฎีแล้ว ล้างโลกอย่างต่อเนื่อง ทีมงานยังไม่ได้ระบุเป้าหมายนั้น แต่เข้าใกล้มากขึ้นกว่าเดิม Joseph Simon นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยโคโลราโดโบลเดอร์และผู้เขียนนำรายงานฉบับใหม่กล่าว "เราพบสัญญาณที่ชัดเจนในชุดข้อมูลของเรา" ไซมอน นักวิจัยหลังปริญญาเอกจากภาควิชาฟิสิกส์ดาราศาสตร์และวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์กล่าว "แต่เรายังบอกไม่ได้ว่านี่คือพื้นหลังของคลื่นความโน้มถ่วง" ในปี 2560 นักวิทยาศาสตร์ในการทดลองที่เรียกว่า Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์จากการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงโดยตรงเป็นครั้งแรก คลื่นเหล่านี้เกิดขึ้นเมื่อหลุมดำสองหลุมชนกันซึ่งอยู่ห่างจากโลกประมาณ 130 ล้านปีแสง ทำให้เกิดคอสมิกช็อกที่แพร่กระจายไปยังระบบสุริยะของเรา เหตุการณ์นั้นเทียบเท่ากับเสียงฉิ่งกระทบกัน ซึ่งเป็นเสียงระเบิดที่รุนแรงและมีอายุสั้น ในทางตรงกันข้าม คลื่นความโน้มถ่วงที่ไซมอนและเพื่อนร่วมงานมองหานั้นเหมือนกับเสียงพูดคุยในงานเลี้ยงค็อกเทลที่มีผู้คนพลุกพล่านมากกว่า การตรวจจับเสียงรบกวนรอบข้างจะเป็นความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์ครั้งสำคัญ และเป็นการเปิดหน้าต่างใหม่สู่การทำงานของจักรวาล เขากล่าวเสริม ตัวอย่างเช่น คลื่นเหล่านี้สามารถให้เครื่องมือใหม่แก่นักวิทยาศาสตร์ในการศึกษาว่าหลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางกาแลคซีหลายแห่งรวมตัวกันอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไป Julie Comerford รองศาสตราจารย์กล่าวว่า "คำใบ้แรกที่น่าดึงดูดเหล่านี้เกี่ยวกับพื้นหลังของคลื่นความโน้มถ่วงบ่งชี้ว่าหลุมดำมวลมหาศาลน่าจะรวมตัวกัน และเรากำลังกระเพื่อมอยู่ในทะเล คลื่นความโน้มถ่วง ที่กระเพื่อมจากการรวมตัวของหลุมดำมวลมหาศาลในกาแลคซีทั่วจักรวาล" Julie Comerford รองศาสตราจารย์กล่าว วิทยาศาสตร์ดาราศาสตร์และดาวเคราะห์ที่ CU Boulder และสมาชิกทีม NANOGrav ไซมอนจะนำเสนอผลงานของทีมในการแถลงข่าวเสมือนจริงในวันจันทร์ที่การประชุมสมาคมดาราศาสตร์อเมริกันครั้งที่ 237 กระโจมไฟกาแลคซี จากการทำงานของพวกเขาใน NANOGrav ไซมอนและโคเมอร์ฟอร์ดเป็นส่วนหนึ่งของเดิมพันสูง แม้ว่าจะต้องร่วมมือกันในการแข่งขันระดับนานาชาติเพื่อค้นหาภูมิหลังของคลื่นโน้มถ่วง โครงการของพวกเขาร่วมกับอีกสองคนจากยุโรปและออสเตรเลียเพื่อสร้างเครือข่ายที่เรียกว่า International Pulsar Timing Array ไซมอนกล่าวว่า อย่างน้อยตามทฤษฎี การรวมตัวของกาแลคซีและเหตุการณ์ทางจักรวาลอื่นๆ ทำให้เกิดคลื่นความโน้มถ่วงที่คงที่ พวกมันมีรูปร่างใหญ่โต คลื่นลูกเดียว ไซมอนกล่าวว่าอาจใช้เวลาหลายปีหรือนานกว่านั้นในการเคลื่อนผ่านโลก ด้วยเหตุผลดังกล่าว จึงไม่มีการทดลองอื่นใดที่สามารถตรวจจับได้โดยตรง "หอดูดาวอื่นๆ ค้นหาคลื่นความโน้มถ่วงที่มีลำดับเป็นวินาที" ไซมอนกล่าว "เรากำลังมองหาคลื่นที่เรียงตามลำดับปีหรือทศวรรษ" เขาและเพื่อนร่วมงานต้องใช้ความคิดสร้างสรรค์ ทีม NANOGrav ใช้กล้องโทรทรรศน์บนพื้นไม่ใช่เพื่อมองหาคลื่นความโน้มถ่วง แต่เพื่อสังเกตพัลซาร์ ดาวที่ยุบเหล่านี้เป็นประภาคารของกาแล็กซี พวกมันหมุนด้วยความเร็วที่เหลือเชื่อ ส่งลำรังสีพุ่งมายังโลกในรูปแบบการกะพริบซึ่งส่วนใหญ่ไม่เปลี่ยนแปลงตลอดหลายยุคหลายสมัย ไซมอนอธิบายว่าคลื่นความโน้มถ่วงเปลี่ยนรูปแบบคงที่ของแสงที่มาจากพัลซาร์ ดึงหรือบีบระยะทางสัมพัทธ์ที่รังสีเหล่านี้เดินทางผ่านอวกาศ กล่าวอีกนัยหนึ่ง นักวิทยาศาสตร์อาจมองเห็นพื้นหลังของคลื่นความโน้มถ่วงได้ง่ายๆ โดยการตรวจสอบพัลซาร์เพื่อดูการเปลี่ยนแปลงที่สัมพันธ์กันในช่วงเวลาที่พวกมันมาถึงโลก "พัลซาร์เหล่านี้หมุนเร็วพอๆ กับเครื่องปั่นในครัวของคุณ" เขากล่าว "และเรากำลังดูการเบี่ยงเบนในช่วงเวลาเพียงไม่กี่ร้อยนาโนวินาที" บางสิ่งบางอย่างที่นั่น เพื่อค้นหาสัญญาณที่ละเอียดอ่อนนั้น ทีม NANOGrav พยายามสังเกตพัลซาร์ให้ได้มากที่สุดให้นานที่สุด จนถึงปัจจุบัน กลุ่มได้สังเกตพัลซาร์ 45 ดวงเป็นเวลาอย่างน้อยสามปี และในบางกรณีเป็นเวลากว่าทศวรรษ การทำงานอย่างหนักดูเหมือนจะได้รับผลตอบแทน ในการศึกษาล่าสุดของพวกเขา ไซมอนและเพื่อนร่วมงานของเขารายงานว่าพวกเขาตรวจพบสัญญาณที่ชัดเจนในข้อมูลของพวกเขา: ดูเหมือนว่ากระบวนการทั่วไปบางอย่างจะส่งผลต่อแสงที่มาจากพัลซาร์หลายดวง “เราเดินผ่านพัลซาร์ทีละตัว ฉันคิดว่าเราทุกคนคาดหวังว่าจะพบพัลซาร์สองสามตัวที่พยายามสลัดข้อมูลของเราทิ้ง” ไซมอนกล่าว "แต่แล้วเราก็ผ่านมันไปได้ทั้งหมด และเราก็พูดว่า 'โอ้พระเจ้า มีบางอย่างอยู่ที่นี่จริงๆ'" นักวิจัยยังไม่สามารถบอกได้อย่างแน่นอนว่าอะไรเป็นสาเหตุของสัญญาณดังกล่าว พวกเขาจำเป็นต้องเพิ่มพัลซาร์ลงในชุดข้อมูลของพวกเขาและสังเกตพวกมันเป็นระยะเวลานานขึ้นเพื่อตรวจสอบว่าแท้จริงแล้วมันเป็นพื้นหลังของคลื่นความโน้มถ่วงที่ทำงานหรือไม่ "ความสามารถในการตรวจจับพื้นหลังของคลื่นความโน้มถ่วงจะเป็นก้าวที่ยิ่งใหญ่ แต่นั่นเป็นเพียงขั้นตอนเดียวจริงๆ" เขากล่าว "ขั้นตอนที่สองคือการระบุสาเหตุของคลื่นเหล่านั้นและค้นหาสิ่งที่สามารถบอกเราเกี่ยวกับจักรวาลได้"