นักฟิสิกส์ขยายความหลังตรวจพบ “คลื่นความโน้มถ่วงใหม่”

 Image # 2. ตำแหน่งของคลื่นความโน้มถ่วงที่ถูกค้นพบ แสดงให้เห็นบริเวณที่คาดว่าจะเป็นตำแหน่งของแหล่งกำเนิดคลื่นความโน้มถ่วง โดยบริเวณของแหล่งกำเนิดคลื่นความโน้มถ่วง GW170814 มีขนาดเล็กกว่าบริเวณของคลื่นความโน้มถ่วงอื่น เนื่องจากการเพิ่มเครื่องตรวจจับจากจำนวน 2 เครื่องเป็น 3 เครื่อง

ตำแหน่งของคลื่นความโน้มถ่วงที่ถูกค้นพบ แสดงให้เห็นบริเวณที่คาดว่าจะเป็นตำแหน่งของแหล่งกำเนิดคลื่นความโน้มถ่วง โดยบริเวณของแหล่งกำเนิดคลื่นความโน้มถ่วง GW170814 มีขนาดเล็กกว่าบริเวณของคลื่นความโน้มถ่วงอื่น เนื่องจากการเพิ่มเครื่องตรวจจับจากจำนวน 2 เครื่องเป็น 3 เครื่อง

นับเป็นอีกข่าวที่น่าตื่นเต้นสำหรับวงการวิทยาศาสตร์ หลังจากนักฟิสิกส์จากห้องปฏิบัติการในสหรัฐฯ และอิตาลีร่วมการแถลงข่าวการค้นพบ “คลื่นความโน้มถ่วงใหม่” ซึ่งนักฟิสิกส์ไทยช่วยขยายถึงความสำคัญของการค้นพบครั้งนี้ว่า ทำให้พื้นที่สำหรับค้นหาแหล่งกำเนิดคลื่นความโน้มถ่วงแคบลง และช่วยยืนยันว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์นั้นยังคงถูกต้อง 

ทีมฟิสิกส์จากห้องปฏิบัติการไลโก (LIGO) ในสหรัฐฯ และห้องปฏิบัติการเวอร์โก (VIRGO) ในอิตาลีแถลงข่าวเมื่อวันที่ 27 กันยายน 2560 ถึงการตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วง GW170814 ซึ่งเป็นคลื่นความโน้มถ่วงที่เกิดจากการรวมตัวกันของหลุมดำคู่ โดยการตรวจพบสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงดังกล่าวเกิดขึ้นเมื่อวันที่ 14 สิงหาคม 2560 เวลา 17:30:43 น. ตามเวลาประเทศไทย 

ตามลำดับเหตุการณ์เครื่องตรวจจับแอดวานซ์ไลโก (Advance LIGO) ณ เมืองลิฟวิงตัน สหรัฐฯ เป็นเครื่องตรวจจับแรกที่ตรวจวัดสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงได้ และในอีก 6 มิลลิวินาทีต่อมา เครื่องตรวจจับแอดวานซ์ไลโก ณ เมือง แฮนฟอร์ด สหรัฐฯ ก็สามารถตรวจวัดสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงเดียวกันได้ หลังจากนั้นอีกเพียง 6 มิลลิวินาที เครื่องตรวจจับแอดวานซ์เวอร์โก (Advance Virgo) ซึ่งอยู่อีกซีกโลกหนึ่ง ณ เมืองกาสชีนา อิตาลี ก็สามารถตรวจวัดคลื่นความโน้มถ่วงเดียวกันได้เช่นกัน และนับเป็นการตรวจวัดคลื่นความโน้มถ่วงแรกของเครื่องตรวจจับแอดวานซ์เวอร์โก 

สำหรับเครื่องตรวจจับแอดวานซ์เวอร์โก พัฒนามาจากเครื่องตรวจจับเวอร์โก (Virgo) โดยเริ่มใช้งานในเดือนเมษายน 2560 ที่ผ่านมา และได้เริ่มสังเกตการณ์ร่วมกับเครื่องตรวจจับแอดวานซ์ไลโกเมื่อวันที่ 1 สิงหาคม 2560 แม้ว่าสัญญาณที่ตรวจวัดด้วยเครื่องตรวจจับแอดวานซ์เวอร์โกนั้นแม่นยำน้อยกว่าเครื่องตรวจจับแอดวานซ์ไลโก แต่การที่เครื่องตรวจจับแต่ละเครื่องได้ถูกออกแบบและปฏิบัติงานอย่างเป็นอิสระต่อกันโดยสิ้นเชิง ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถยืนยันการค้นพบดังกล่าวได้ดียิ่งขึ้น 

ทั้งนี้ ทีมข่าวผู้จัดการวิทยาศาสตร์ได้สอบถามเพิ่มเติมไปยัง ดร.ศุภชัย อาวิพันธุ์ นักวิจัยสถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (สดร.) ซึ่งเผยถึงข้อมูลการค้นพบครั้งนี้ และได้อธิบายถึงความสำคัญของการ้นพบครั้งนี้ว่า ก่อนหน้านี้การตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วง 3 ครั้ง เกิดขึ้นโดยเครื่องตรวจจับไลโกซึ่งมีอยู่ 2 เครื่อง และการตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงครั้งล่าสุดนี้เป็นการตรวจพบ หลังการเปิดสังเกตการณ์ร่วมกับเครื่องตรวจวัดเวอร์โกได้เพียง 2 สัปดาห์ และเป็นการตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงพร้อมกันโดยเครื่องตรวจจับ 3 เครื่อง

“ก่อนหน้านี้ถ้าเจอคลื่นความโน้มถ่วงโดยเครื่องตรวจจับเพียงเครื่องเดียว เราจะไม่ทราบว่าคลื่นความโน้มถ่วงนั้นมาจากไหน ถ้ามีเครื่องตรวจจับ 2 ตัวจะบอกตำแหน่งพื้นที่บนท้องฟ้าได้ 60 ตารางองศา ซึ่งเป็นพื้นที่ค่อนข้งาใหญ่ แต่เมื่อมี 3 เครื่อง ทำให้พื้นที่ในการบอกตำแหน่งของแหล่งกำเนิดคลื่นความโน้มถ่วงเล็กลงเหลือ 6 ตารางองศา นั่นคือเหลือพื้นที่เล็กลง 10 เท่าสำหรับค้นหาแหล่งกำเนิดจริงๆ ของคลื่นความโน้มถ่วง” ดร.ศุภชัยกล่าว

นอกจากนี้การตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงล่าสุดนี้ยังช่วยยืนยันอีกครั้งว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพของ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) นั้นยังคงถูกต้อง โดย ดร.ศุภชัยอธิบายว่า เครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง 2 ตัวของไลโกนั้นมีสัญญาณที่ค่อนข้างคล้ายกัน แต่เครื่องตรวจจับของเวอร์โกนั้นให้สัญญาณที่แตกต่างกันพอสมควร ซึ่งเกิดจากการโพลาไรซ์ (Polarization) ของคลื่นความโน้มถ่วงที่เกิดจากการบิดเบี้ยวของกาลอวกาศใน 3 มิติ และการบิดเบี้ยวดังกล่าวมีอยู่ 6 รูปแบบ ซึ่งรูปแบบการบิดเบี้ยวในครั้งนี้ไปตรงกับการทำนายของทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์

“การจะยืนยันทฤษฎีว่าจะเป็นจริงหรือไม่นั้น ต้องยืนยันได้ทุกครั้งว่าเหมือนกัน ทฤษฎีนั้นจึงยังถูกต้องอยู่ จากการสังเกตการณ์ครั้งนี้ถ้ามีเหตุการณ์ที่ไม่ตรงกัยทฤษฎีของไอน์สไตน์เพียง 1 ครั้งก็แสดงว่าทฤษฎีไม่สมบูรณ์ แต่สำหรับครั้งนี้ก็ยังยืนยันทฤษฎีของไอน์สไตน์” 

นอกจากนี้ทาง สดร.ยังมีความร่วมมือกับห้องปฏิบัติการไลโกและห้องปฏิบัติการเวอร์โกเพื่อสังเกตการณ์สัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของคลื่นความโน้มถ่วง ผ่านโครงการโกทู (Gravitational-wave Optical Transient Observer: GOTO) ร่วมกับมหาวิทยาลัยวอร์ริก (University of Warwick) มหาวิทยาลัยเชฟฟิลด์ (University of Sheffield) และมหาวิทยาลัยเลสเตอร์ (University of Leicester) สหราชอาณาจักร และมหาวิทยาลัยโมนาช (Monarsh Univesity) ออสเตรเลีย ซึ่งมีกล้องโทรทรรศน์ขนาดเล็ก 0.4 เมตร จำนวน 4 กล้อง สำหรับค้นหาแหล่งกำเนิดคลื่นความโน้มถ่วง

ดร.ศุภชัยอธิบายให้ฟังว่า หลังจากตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงแล้ว จำเป็นต้องรีบบันทึกภาพบริเวณที่เกิดปรากฏการณ์ให้เร็วที่สุด เพื่อหาตำแหน่งของแหล่งกำเนิดคลื่นความโน้มถ่วงนั้น โดยค้นหาว่ามีวัตถุท้องฟ้าอะไรที่เปลี่ยนแปลงไปหรือไม่ และเหตุที่ต้องใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาดเล็กก่อน เพราะให้ภาพมุมกว้างที่สามารถเห็นการเปลี่ยนแปลงได้ในภาพรวม และใช้เวลาน้อยกว่ากล้องขนาดใหญ่ที่ให้ภาพมุมแคบ แต่ ณ ตอนนี้ยังไม่มีข้อมูลว่าจุดที่เกิดคลื่นความโน้มถ่วงนั้นเป็นอย่างไร 

สำหรับ คลื่นความโน้มถ่วง GW170814 ที่วัดได้ เกิดจากการรวมตัวของหลุมดำมวลประมาณ 31 และ 25 เท่าของดวงอาทิตย์ ห่างออกไปประมาณ 1.8 พันล้านปีแสง การรวมตัวดังกล่าวทำให้เกิดหลุมดำใหม่ที่มีมวลประมาณ 53 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ และมวลอีกประมาณ 3 เท่าของดวงอาทิตย์ถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานของคลื่นความโน้มถ่วง ในขณะที่เกิดการรวมตัวกัน

Image # 3. กล้องโทรทรรศน์ GOTO ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.4 เมตร จำนวน 4 กล้อง ณ เกาะ La Palma ในหมู่เกาะคานารี่ สเปน ซึ่งเป็นความร่วมมือของสถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ ร่วมกับมหาวิทยาลัยชั้นนำ เพื่อศึกษาสัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของคลื่นความโน้มถ่วง

กล้องโทรทรรศน์ GOTO ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.4 เมตร จำนวน 4 กล้อง ณ เกาะ La Palma ในหมู่เกาะคานารี่ สเปน ซึ่งเป็นความร่วมมือของสถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ ร่วมกับมหาวิทยาลัยชั้นนำ เพื่อศึกษาสัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของคลื่นความโน้มถ่วง


 

Image # 4.

Image # 5. ภาพจำลองกล้องโทรทรรศน์ GOTO ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.4 เมตร จำนวน 4 กล้อง ณ เกาะ La Palma ในหมู่เกาะคานารี่ สเปน ซึ่งเป็นความร่วมมือของสถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ ร่วมกับมหาวิทยาลัยชั้นนำ เพื่อศึกษาสัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของคลื่นความโน้มถ่วง

ภาพจำลองกล้องโทรทรรศน์ GOTO ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.4 เมตร จำนวน 4 กล้อง ณ เกาะ La Palma ในหมู่เกาะคานารี่ สเปน ซึ่งเป็นความร่วมมือของสถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ ร่วมกับมหาวิทยาลัยชั้นนำ เพื่อศึกษาสัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของคลื่นความโน้มถ่วง
Image # 6. สัญญาณคลื่นความโน้มถ่วง GW170814 ที่ถูกตรวจวัดได้จากเครื่องตรวจจับ Advance LIGO ทั้ง 2 เครื่อง แสดงให้เห็นถึงความแตกต่างของสัญญาณระหว่างเครื่องตรวจจับ Advance LIGO และเครื่องตรวจจับ Advance Virgo ซึ่งสามารถอธิบายได้โดยการโพลาไรซ์ของคลื่นความโน้มถ่วง

สัญญาณคลื่นความโน้มถ่วง GW170814 ที่ถูกตรวจวัดได้จากเครื่องตรวจจับ Advance LIGO ทั้ง 2 เครื่อง แสดงให้เห็นถึงความแตกต่างของสัญญาณระหว่างเครื่องตรวจจับ Advance LIGO และเครื่องตรวจจับ Advance Virgo ซึ่งสามารถอธิบายได้โดยการโพลาไรซ์ของคลื่นความโน้มถ่วง
Image # 7. เครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงของ VIRGO ที่ประเทศอิตาลี มีขนาดแขนแต่ละด้านยาวออกไป 3 กิโลเมตร (Image credit : Nicola Baldocchi / Virgo Collaboration)

เครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงของ VIRGO ที่ประเทศอิตาลี มีขนาดแขนแต่ละด้านยาวออกไป 3 กิโลเมตร (Image credit : Nicola Baldocchi / Virgo Collaboration)
Image # 8. ดร.ศุภชัย อาวิพันธุ์

ดร.ศุภชัย อาวิพันธุ์