หลุมดำคู่ อีกหนึ่งการค้นพบสำคัญของไลโก

หลุมดำคู่ อีกหนึ่งการค้นพบสำคัญของไลโก

ข่าวดาราศาสตร์ที่โด่งดังที่สุดในรอบเดือนที่ผ่านมา เห็นจะไม่มีข่าวใดเกินการค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงเป็นครั้งแรกโดยหอสังเกตการณ์ไลโก

หลุมดำคู่

ข่าวนี้ใหญ่โตเสียจนคนส่วนใหญ่อาจไม่ทันสังเกตว่าในการค้นพบครั้งเขย่าโลกครั้งนี้ ยังมีการค้นพบที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งพ่วงมาด้วย คลื่นแรงโน้มถ่วงที่พบในครั้งนี้เกิดจากหลุมดำสองดวงโคจรรอบกันและตีวงเข้าหากันจนชนกันในที่สุด

“นี่ก็เป็นครั้งแรกที่พบหลุมดำคู่เหมือนกัน” วิกกี คาโลจีรา นักวิทยาศาสตร์ด้านหลุมดำจากมหาวิทยาลัยนอร์ทเวสเทิร์นในอิลินอยส์กล่าว

หลุมดำที่มีมวลระดับดาวฤกษ์เกิดจากดาวฤกษ์มวลสูงที่สิ้นอายุขัย เมื่อดาวฤกษ์วิวัฒน์ไปถึงจุดหนึ่ง เชื้อเพลิงของปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เป็นแหล่งพลังงานของดาวฤกษ์หมดไป เมื่อปฏิกิริยานิวเคลียร์หยุดลง แรงดันจากภายในดาวจะต้านมวลของตัวเองไม่ไหว ดาวจะยุบตัวลงไปสู่จุดเล็ก ๆ ที่มีความหนาแน่นมหาศาล กลายเป็นวัตถุจอมเขมือบที่ดูดกลืนทุกสิ่งที่เข้าใกล้ไม่เว้นแม้แต่แสงที่เรียกว่า หลุมดำ

หลุมดำเดี่ยวไม่ใช่เรื่องแปลก นักดาราศาสตร์ค้นพบหลุมดำมวลระดับดาวฤกษ์ที่อยู่อย่างโดด ๆ มาแล้วไม่น้อย แต่ไม่เคยพบหลุมดำคู่เลย
บนท้องฟ้ามีดาวฤกษ์คู่มากมาย หลุมดำคู่ก็น่าจะมีอยู่จริงด้วย แต่ก็ไม่เคยมีใครพบเห็นหลุมดำคู่ไม่ว่าจะเป็นทางตรงหรือทางอ้อม

หากไม่มีเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงอย่างไลโก นักวิทยาศาสตร์จะไม่มีทางศึกษาหลุมดำคู่ได้เลย

หลุมดำเดี่ยวยังมีโอกาสถูกตรวจจับและศึกษาได้ แม้หลุมดำเองจะไม่เปล่งแสงใด ๆ ออกมา แต่เมื่อหลุมดำกลืนกินสสาร สสารที่กำลังไหลวนลงสู่หลุมดำจะร้อนมากจนแผ่รังสีออกมาให้ตรวจจับได้

แต่กรณีของหลุมดำคู่ไม่เป็นเช่นนั้น เนื่องจากพลวัตของระบบหลุมดำคู่จะมีความปั่นป่วนอลหม่านมาก จึงเป็นการยากมากที่ระบบเช่นนี้จะมีสสารนอกหลุมดำอยู่บริเวณใกล้เคียงที่จะมาป้อนให้แก่หลุมดำ

หลุมดำที่ไม่มีสสารให้กลืน จะเป็นหลุมดำที่มืดสนิท การศึกษาหรือค้นหาระบบหลุมดำคู่ด้วยกล้องโทรทรรศน์ทั่วไปจึงแทบเป็นไปไม่ได้ เพราะหลุมดำคู่ที่โคจรรอบกันเองจะไม่มีสิ่งใดแผ่ออกมาให้เห็นหรือตรวจจับได้เลย นอกจากคลื่นความโน้มถ่วง

การค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงและหลุมดำคู่ของไลโกในครั้งนี้ จึงเป็นการค้นพบปรากฏการณ์สองสิ่งที่สนับสนุนต่อกัน นั่นคือ หลุมดำคู่ช่วยพิสูจน์ว่ามีคลื่นความโน้มถ่วงอยู่จริง และการที่พบคลื่นความโน้มถ่วงก็พิสูจน์ว่ามีหลุมดำคู่อยู่จริง

การที่ไลโกตรวจพบหลุมดำคู่หลังจากการปรับปรุงใหม่เพียงไม่กี่วัน อาจหมายความว่ามีหลุมดำคู่อยู่เป็นจำนวนมากในเอกภพ นักวิทยาศาสตร์คาดหวังว่าไลโกก็อาจตรวจพบเพิ่มอีกหลายแห่งภายในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า

เรื่องน่าตื่นเต้นยังไม่หมดเพียงเท่านี้ มวลของหลุมดำคู่นี้ก็มีเรื่องให้น่าขบคิด

หลุมดำคู่ที่ชนกันจนทำให้เกิดคลื่นแรงโน้มถ่วงที่ไลโกตรวจพบในครั้งนี้ ดวงหนึ่งมีมวล 29 มวลสุริยะ อีกดวงหนึ่งมีมวล 36 มวลสุริยะ เป็นที่น่าแปลกใจอย่างมากว่าหลุมดำมวลมากระดับนี้เกิดขึ้นมาได้อย่างไร

หลุมดำมวลดาวฤกษ์ เกิดขึ้นมาจากดาวฤกษ์ที่สิ้นอายุขัย แต่ตามทฤษฎีวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ หลุมดำที่เกิดจากกระบวนการนี้จะมีมวลสูงสุดได้เพียงประมาณ 20 มวลสุริยะเท่านั้น แล้วหลุมดำที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ถึง 29 กับ 36 เท่าเกิดขึ้นมาได้อย่างไร เป็นเรื่องอธิบายยาก

มวลที่สูงมากนี้แสดงว่าหลุมดำทั้งสองนี้เกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมที่ต่างจากของดาวคู่ทั่วไปในดาราจักรทางช้างเผือกอย่างมาก รวมถึงดวงอาทิตย์ของเราด้วย
คาโลจีรากล่าว

ความแตกต่างที่กล่าวถึงนี้คือ สภาพโลหะ ซึ่งหมายถึงสัดส่วนของธาตุที่หนักกว่าฮีเลียมในดาว

เมื่อไม่นานมานี้นักวิทยาศาสตร์ได้เสนอทฤษฎีหนึ่งที่อธิบายว่า หากดาวฤกษ์มีสัดส่วนของไฮโดรเจนและฮีเลียมสูง ดาวนั้นจะคงรักษามวลของตัวเองได้นานโดยไม่เสียไปกับลมสุริยะมากนัก ซึ่งการสำรวจดาวฤกษ์ในระยะหลังก็ดูเหมือนจะสนับสนุนทฤษฎีนี้

นั่นหมายความว่า หากดาวมีสัดส่วนไฮโดรเจนและฮีเลียมสูงในระดับหนึ่ง ก็จะมีโอกาสหลงเหลือมวลมากพอที่จะสร้างหลุมดำมวลสูงมากหลังจากสิ้นอายุขัยได้การค้นพบจากไลโกในครั้งนี้ย่อมเป็นแรงสนับสนุนทฤษฎีนี้อีกทางหนึ่งด้วย

ที่มา สมาคมดาราศาสตร์ไทย

ผู้ชม [1444] คน

Comments

หลุมดำคู่ อีกหนึ่งการค้นพบสำคัญของไลโก

มิติที่4
About The Author
- ผู้หลงไหลในความลี้ลับของจักวาล จุดกำเนิดของเอกภพ ปริศนามนุษต่างดาว การเดินทางข้ามเวลา และทฤษฎีสัมพัทธภาพ ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ ขอบคุณทุกท่านที่ติดตามครับ