คลื่นความโน้มถ่วง

การศึกษาของพวกเขาซึ่งตีพิมพ์ในวารสาร Nature นำโดยศาสตราจารย์มาร์ค ฮันนัม, ดร. ชาร์ลี ฮอย และดร. โจนาธาน ทอมป์สัน รายงานว่านี่เป็นครั้งแรกที่เห็นปรากฏการณ์นี้หรือที่เรียกว่า precession ในหลุมดำที่มีการบิดตัวเป็น 10,000 ล้านครั้ง เร็วกว่าการสังเกตครั้งก่อนหลายเท่า ระบบหลุมดำคู่ถูกค้นพบผ่านคลื่นความโน้มถ่วงในช่วงต้นปี 2020 ในเครื่องตรวจจับ Advanced LIGO และ Virgo หนึ่งในหลุมดำที่ใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ของเราถึง 40 เท่า น่าจะเป็นหลุมดำที่หมุนเร็วที่สุดที่จะถูกพบผ่านคลื่นความโน้มถ่วง และไม่เหมือนกับการสำรวจก่อนหน้านี้ทั้งหมด หลุมดำที่หมุนรอบตัวเองอย่างรวดเร็วได้บิดเบือนพื้นที่และเวลาอย่างมาก จนวงโคจรทั้งหมดของดาวคู่แกว่งไปมา รูปแบบของ precession นี้เฉพาะสำหรับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ ผลลัพธ์เหล่านี้ยืนยันการมีอยู่ของมันในเหตุการณ์ทางกายภาพที่รุนแรงที่สุดที่เราสามารถสังเกตได้ นั่นคือการชนกันของหลุมดำสองหลุม "เราคิดเสมอว่าหลุมดำไบนารีสามารถทำเช่นนี้ได้" ศาสตราจารย์มาร์ค ฮันนัม จากสถาบันสำรวจแรงโน้มถ่วงแห่งมหาวิทยาลัยคาร์ดิฟฟ์กล่าว "เราหวังว่าจะพบตัวอย่างตั้งแต่การตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงครั้งแรก เราต้องรอถึงห้าปีและตรวจจับแยกกันกว่า 80 ครั้ง แต่ในที่สุดเราก็มีสักที!" ตัวอย่างของ precession แบบลงดินคือการโยกเยกของลูกข่าง ซึ่งอาจโยกเยก หรือ พรีเซสชั่น ทุกๆ สองสามวินาที ในทางตรงกันข้าม ภาวะเศรษฐกิจถดถอยในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปมักเป็นผลกระทบที่อ่อนแอจนมองไม่เห็น ในตัวอย่างที่เร็วที่สุดซึ่งเคยวัดจากดาวนิวตรอนที่โคจรอยู่รอบ ๆ ซึ่งเรียกว่าพัลซาร์คู่นั้น ต้องใช้เวลากว่า 75 ปีกว่าที่วงโคจรจะประมวลผลล่วงหน้า ไบนารี่ของหลุมดำในการศึกษานี้ หรือที่เรียกกันทั่วไปว่า GW200129 (ตั้งชื่อตามวันที่สังเกตคือ 29 มกราคม 2020) เกิดขึ้นหลายครั้งทุก ๆ วินาที ซึ่งเป็นผลกระทบที่รุนแรงกว่าที่วัดได้ก่อนหน้านี้ 10,000 ล้านเท่า ดร. โจนาธาน ทอมป์สัน จาก Cardiff University อธิบายว่า "มันเป็นผลกระทบที่ยุ่งยากมากในการระบุ คลื่นความโน้มถ่วง นั้นอ่อนแอมาก และในการตรวจจับพวกมันต้องใช้เครื่องมือตรวจวัดที่ละเอียดอ่อนที่สุดในประวัติศาสตร์ คลื่นความโน้มถ่วงเป็นผลกระทบที่อ่อนกว่าที่ฝังอยู่ภายในส่วนที่อ่อนแออยู่แล้ว สัญญาณ ดังนั้นเราจึงต้องทำการวิเคราะห์อย่างรอบคอบเพื่อเปิดเผย" ไอน์สไตน์ทำนายคลื่นความโน้มถ่วงในปี พ.ศ. 2459 คลื่นความโน้มถ่วงถูกตรวจพบโดยตรงเป็นครั้งแรกจากการรวมตัวของหลุมดำสองหลุมโดยเครื่องมือ Advanced LIGO ในปี พ.ศ. 2558 ซึ่งเป็นการค้นพบครั้งสำคัญที่ทำให้ได้รับรางวัลโนเบลในปี พ.ศ. 2560 ปัจจุบัน ดาราศาสตร์คลื่นความโน้มถ่วงเป็นหนึ่งในสาขาวิทยาศาสตร์ที่มีชีวิตชีวาที่สุด ด้วยเครือข่ายของเครื่องตรวจจับ Advanced LIGO, Virgo และ KAGRA ที่ทำงานในสหรัฐอเมริกา ยุโรป และญี่ปุ่น จนถึงปัจจุบันมีการตรวจพบมากกว่า 80 ครั้ง โดยทั้งหมดเป็นการรวมหลุมดำหรือดาวนิวตรอนเข้าด้วยกัน ดร. ชาร์ลี ฮอย นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยคาร์ดิฟฟ์กล่าวว่า "จนถึงตอนนี้หลุมดำส่วนใหญ่ที่เราพบด้วยคลื่นความโน้มถ่วงนั้นหมุนค่อนข้างช้า" ดร. ชาร์ลี ฮอย นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยคาร์ดิฟฟ์กล่าวในระหว่างการศึกษานี้ "หลุมดำขนาดใหญ่กว่าในดาวคู่นี้ซึ่งมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ประมาณ 40 เท่า กำลังหมุนเกือบจะเร็วที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ แบบจำลองปัจจุบันของเราเกี่ยวกับการก่อตัวของดาวคู่แนะนำว่าหลุมดำนี้หายากมาก อาจเป็นหนึ่งในพันเหตุการณ์ หรืออาจเป็นสัญญาณว่าโมเดลของเราต้องเปลี่ยนไป" ขณะนี้เครือข่ายเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงระหว่างประเทศกำลังได้รับการอัปเกรดและจะเริ่มค้นหาเอกภพครั้งต่อไปในปี 2566 มีแนวโน้มว่าจะพบหลุมดำอีกหลายร้อยแห่งชนกัน และจะบอกนักวิทยาศาสตร์ว่า GW200129 เป็นข้อยกเว้นที่หายาก หรือเป็นสัญญาณว่า จักรวาลของเรานั้นแปลกประหลาดกว่าที่พวกเขาคิด