การค้นพบเปิดศักราชใหม่แห่งดาราศาสตร์

(แดน ทรี) - สิบปีก่อน นักวิทยาศาสตร์ได้ยินเสียงของจักรวาลเป็นครั้งแรก การค้นพบนี้พิสูจน์คำทำนายสำคัญของไอน์สไตน์ และเปิดศักราชใหม่ของดาราศาสตร์

ซ้าย: นักฟิสิกส์ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ขวา: คุณคาร์ล น็อกซ์ ผู้เชี่ยวชาญด้านเทคโนโลยีสร้างสรรค์และการสร้างภาพ ทางวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสวินเบิร์น ออสเตรเลีย

นั่นคือ การค้นพบ คลื่นความโน้มถ่วงครั้งแรก ซึ่งพิสูจน์การทำนายสำคัญของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ บัดนี้ การค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงครั้งใหม่ได้ยืนยันทฤษฎีของสตีเฟน ฮอว์คิง ซึ่งเป็น "ผู้ยิ่งใหญ่" อีกคนหนึ่งในวงการดาราศาสตร์

คลื่นความโน้มถ่วงคืออะไร?

คลื่นความโน้มถ่วงคือ “ระลอกคลื่น” ในโครงสร้างของกาลอวกาศที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง เกิดจากวัตถุมวลมากที่ถูกเร่งความเร็วอย่างรวดเร็ว เช่น หลุมดำที่ชนกัน หรือการรวมตัวกันของเศษซากดาวฤกษ์มวลมากที่เรียกว่าดาวนิวตรอน

ริ้วคลื่นที่แพร่กระจายไปทั่วจักรวาลนี้ได้รับการสังเกตโดยตรงครั้งแรกเมื่อวันที่ 14 กันยายน พ.ศ. 2558 โดยเครื่องตรวจจับสองเครื่องของ Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ในสหรัฐอเมริกา

สัญญาณแรกที่เรียกว่า GW150914 มาจากการชนกันของหลุมดำสองแห่ง ซึ่งแต่ละแห่งมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ถึง 30 เท่า และอยู่ห่างจากโลกมากกว่าหนึ่งพันล้านปีแสง

นี่เป็นหลักฐานโดยตรงชิ้นแรกของคลื่นความโน้มถ่วง ตามที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ทำนายไว้เมื่อ 100 ปีก่อน การค้นพบนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามคน ได้แก่ ไรเนอร์ ไวส์, แบร์รี บาริช และคิป ธอร์น ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2017

การจำลองแสดงให้เห็นคลื่นความโน้มถ่วงที่เกิดจากหลุมดำสองแห่งที่โคจรรอบกัน ( วิดีโอ : MPI)

สัญญาณหลายร้อยรายการในเวลาไม่ถึงทศวรรษ

ตั้งแต่ปี 2015 เป็นต้นมา LIGO ได้สังเกตคลื่นความโน้มถ่วงได้มากกว่า 300 คลื่น ร่วมกับเครื่องตรวจจับ Virgo ของอิตาลี และเครื่องตรวจจับ KAGRA ของญี่ปุ่น

เพียงไม่กี่สัปดาห์ที่ผ่านมา กลุ่มความร่วมมือระดับนานาชาติ LIGO/Virgo/KAGRA ได้ประกาศผลล่าสุดจากการสังเกตการณ์ครั้งที่ 4 ซึ่งเพิ่มจำนวนคลื่นความโน้มถ่วงที่ทราบมากกว่าสองเท่า

สิบปีหลังจากการค้นพบครั้งแรก ความร่วมมือระหว่างประเทศซึ่งรวมถึงนักวิทยาศาสตร์ชาวออสเตรเลียจากศูนย์ค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงของสภาวิจัยออสเตรเลีย (OzGrav) ได้ประกาศสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงใหม่เมื่อเร็วๆ นี้ ซึ่งก็คือ GW250114

สัญญาณนี้เป็นสำเนาที่เกือบสมบูรณ์แบบของสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงแรกซึ่งเข้ารหัส GW150914

คลื่นความโน้มถ่วงที่สังเกตได้ GW250114 (LVK 2025) ข้อมูลการสังเกตแสดงเป็นสีเทาอ่อน เส้นโค้งสีน้ำเงินเรียบแสดงถึงแบบจำลองรูปคลื่นเชิงทฤษฎีที่พอดีที่สุด ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความสอดคล้องที่ดีเยี่ยมกับสัญญาณที่สังเกตได้

การชนกันของหลุมดำที่ก่อให้เกิด GW250114 มีคุณสมบัติทางกายภาพคล้ายคลึงกับ GW150914 มาก อย่างไรก็ตาม ด้วยการปรับปรุงเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงครั้งใหญ่ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา ทำให้มองเห็นสัญญาณใหม่ได้ชัดเจนยิ่งขึ้น (แรงกว่า GW150914 เกือบสี่เท่า)

สิ่งที่น่าสนใจคือมันทำให้เราสามารถทดสอบแนวคิดของนักฟิสิกส์ผู้บุกเบิกอีกท่านหนึ่ง นั่นคือ สตีเฟน ฮอว์คิง

ฮอว์คิงก็พูดถูกเช่นกัน

กว่า 50 ปีที่แล้ว นักฟิสิกส์ สตีเฟน ฮอว์คิง และจาค็อบ เบเคนสไตน์ ได้กำหนดกฎเกณฑ์ชุดหนึ่งที่อธิบายหลุมดำ

กฎข้อที่สองของฮอว์คิงเกี่ยวกับกลศาสตร์หลุมดำ หรือที่รู้จักกันในชื่อทฤษฎีบทพื้นที่ของฮอว์คิง ระบุว่าพื้นที่ขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำจะต้องเพิ่มขึ้นเสมอ กล่าวอีกนัยหนึ่ง หลุมดำไม่สามารถยุบตัวได้

ในขณะเดียวกัน เบเคนสไตน์แสดงให้เห็นว่าพื้นที่ของหลุมดำมีความสัมพันธ์โดยตรงกับเอนโทรปี (หรือความไม่เป็นระเบียบ) กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์บอกเราว่าเอนโทรปีจะต้องเพิ่มขึ้นเสมอ นั่นคือจักรวาลจะมีความไม่เป็นระเบียบมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากเอนโทรปีของหลุมดำจะต้องเพิ่มขึ้นตามกาลเวลา นี่จึงบอกเราว่าพื้นที่ของหลุมดำก็ต้องเพิ่มขึ้นเช่นกัน

เราจะทดสอบแนวคิดเหล่านี้ได้อย่างไร? ปรากฏว่าการชนกันระหว่างหลุมดำเป็นเครื่องมือที่สมบูรณ์แบบ ความแม่นยำของการวัดแบบใหม่นี้ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถทดสอบทฤษฎีบทพื้นที่ของฮอว์คิงได้อย่างแม่นยำที่สุดเท่าที่เคยมีมา

การทดลองก่อนหน้านี้ที่ใช้การตรวจจับครั้งแรก GW15091 แสดงให้เห็นว่าสัญญาณดังกล่าวสอดคล้องกับกฎของฮอว์คิง แต่ไม่สามารถยืนยันได้อย่างแน่นอน

หลุมดำเป็นวัตถุที่เรียบง่ายอย่างน่าประหลาดใจ พื้นที่ขอบฟ้าของหลุมดำขึ้นอยู่กับมวลและการหมุน ซึ่งเป็นเพียงปัจจัยเดียวที่จำเป็นต่อการอธิบายหลุมดำทางดาราศาสตร์ ในทางกลับกัน มวลและการหมุนก็เป็นตัวกำหนดรูปร่างของคลื่นความโน้มถ่วง

โดยการวัดมวลและการหมุนของคู่หลุมดำที่เข้ามาแยกกัน และเปรียบเทียบกับมวลและการหมุนของหลุมดำสุดท้ายที่เหลืออยู่หลังจากการชนกัน นักวิทยาศาสตร์สามารถเปรียบเทียบพื้นที่ของหลุมดำทั้งสองที่ชนกันกับพื้นที่ของหลุมดำสุดท้ายได้

ข้อมูลแสดงให้เห็นถึงความสอดคล้องที่ยอดเยี่ยมกับการคาดการณ์เชิงทฤษฎีที่ว่าพื้นที่ดังกล่าวน่าจะเพิ่มขึ้น ซึ่งสนับสนุนกฎของฮอว์คิงอย่างมาก

การสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงในอนาคตจะทำให้เราสามารถทดสอบทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ที่แปลกใหม่มากขึ้น และบางทีอาจสามารถสืบค้นธรรมชาติขององค์ประกอบที่หายไปของจักรวาล ซึ่งก็คือสสารมืดและพลังงานมืดได้ด้วย

ที่มา: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/phat-hien-mo-ra-ky-nguyen-moi-trong-thien-van-hoc-20250930235223429.htm