พบ ‘ยักษ์ล่องหน’ ซ่อนตัวอยู่หลังหลุมดำคู่

DNVN - คลื่นความโน้มถ่วงจากเหตุการณ์ GW190814 เปิดเผยร่องรอยของการมีอยู่ของหลุมดำมวลยวดยิ่งที่ซ่อนอยู่ในบริเวณใกล้เคียง ซึ่งเปิดมุมมองใหม่เกี่ยวกับการก่อตัวของหลุมดำคู่

การรวมตัวกันของหลุมดำคู่ใกล้หลุมดำมวลยวดยิ่ง ที่มา: SHAO

หลุมดำคู่เป็นหนึ่งในปรากฏการณ์ลึกลับที่สุดในจักรวาลอยู่แล้ว แต่เมื่อไม่นานมานี้ นักวิทยาศาสตร์ จากหอดูดาวเซี่ยงไฮ้ (SHAO) สังกัดสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งชาติจีน (CAS) ได้ค้นพบหลักฐานที่บ่งชี้ว่าหลุมดำคู่เหล่านี้อาจไม่ได้อยู่โดดเดี่ยว ระบบหลุมดำคู่บางแห่งน่าจะมี “ดาวข้างเคียงยักษ์” ลึกลับอยู่ใกล้เคียง

ทีมวิจัยที่นำโดยดร. เหวินเปียว หาน แห่ง SHAO รายงานสัญญาณว่าเหตุการณ์การรวมตัวของหลุมดำคู่ GW190814 อาจเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของวัตถุที่สาม ซึ่งอาจเป็นหลุมดำมวลยวดยิ่งนั่นเอง

ผลการวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Astrophysical Journal Letters ให้ข้อมูลสำคัญในการถอดรหัสต้นกำเนิดของหลุมดำคู่

ตรวจพบเหตุการณ์คลื่นความโน้มถ่วงโดยความร่วมมือระหว่าง LIGO-Virgo-KAGRA ที่มา: SHAO

ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2558 ความร่วมมือระหว่าง LIGO-Virgo-KAGRA ได้ตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงมากกว่า 100 ครั้ง ซึ่งส่วนใหญ่เกิดจากการรวมตัวของหลุมดำคู่ แม้ว่าคลื่นความโน้มถ่วงเหล่านี้จะมีส่วนช่วยในการทำความเข้าใจฟิสิกส์ดาราศาสตร์ แต่กลไกการก่อตัวและวิวัฒนาการของคลื่นความโน้มถ่วงยังคงไม่ได้รับการอธิบายอย่างครบถ้วน

ก่อนหน้านี้ ทีมของดร. ฮันได้เสนอแบบจำลอง “b-EMRI” ซึ่งอธิบายสถานการณ์ที่หลุมดำมวลยวดยิ่ง “จับ” หลุมดำคู่ ก่อให้เกิดระบบสามชั้น ในโครงสร้างนี้ คู่หลุมดำคู่โคจรรอบหลุมดำมวลยวดยิ่งและปล่อยคลื่นความโน้มถ่วงที่ย่านความถี่หลายย่าน แบบจำลองนี้ถูกรวมอยู่ในรายงานสรุปของ LISA และถูกระบุว่าเป็นเป้าหมายการวิจัยที่สำคัญของหอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงในอวกาศของจีน ตั้งแต่นั้นมา นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นหาสัญญาณการรวมตัวกันของหลุมดำคู่ใกล้กับหลุมดำมวลยวดยิ่งในข้อมูล LIGO-Virgo

เมื่อวิเคราะห์ข้อมูล GW190814 นักวิจัยพบว่าหลุมดำทั้งสองที่รวมตัวกันมีอัตราส่วนมวลเกือบ 10:1 ดร. ซูเฉิง หยาง ผู้ร่วมเขียนบทความระบุว่า ความไม่สมดุลนี้น่าจะบ่งชี้ว่าหลุมดำทั้งสองเคยเป็นส่วนหนึ่งของระบบสามชั้น โดยหลุมดำมวลยวดยิ่งดึงพวกมันเข้าหากันผ่านปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วง อีกสมมติฐานหนึ่งคือ หลุมดำทั้งสองก่อตัวขึ้นภายในจานรวมมวลของนิวเคลียสกาแล็กซีที่แอคทีฟ ซึ่งแรงโน้มถ่วงของวัตถุหนาแน่นเป็นตัวขับเคลื่อนการรวมตัวกัน

นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าหากหลุมดำคู่นี้รวมตัวใกล้กับวัตถุที่มีความหนาแน่นสูงลำดับที่สาม วงโคจรของหลุมดำรอบวัตถุนี้จะทำให้เกิดความเร่งตามแนวสายตา นั่นคือ ความเร่งตามแนวสายตาของผู้สังเกตการณ์ ความเร่งนี้จะเปลี่ยนความถี่ของคลื่นความโน้มถ่วงผ่านปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ ทำให้เกิด “ลายนิ้วมือ” ขึ้นในสัญญาณ

ค่าประมาณพารามิเตอร์สำหรับ GW190814 ซึ่งรวมถึงมวลของหลุมดำสองหลุม (*m*~1~ และ *m*~2~) การแยกความสว่าง (*d*~L~) ความเร่งแนวสายตา (*a*) และดัชนีกำลัง (*n*~I~) เส้นประแสดงค่ามัธยฐานและช่วงความเชื่อมั่น 90% กราฟเส้นแสดงช่วงความเชื่อมั่น 50% และ 90% ที่มา: SHAO

เพื่อพิจารณาเรื่องนี้ ทีมวิจัยได้พัฒนาแบบจำลองคลื่นความโน้มถ่วงที่ผสานรวมความเร่งแนวสายตาและประยุกต์ใช้การวิเคราะห์แบบเบย์เซียนกับเหตุการณ์หลายเหตุการณ์ที่มีสัญญาณแรงสูง ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าสำหรับ GW190814 แบบจำลองความเร่งแนวสายตามีประสิทธิภาพสูงกว่าสมมติฐานหลุมดำคู่แบบแยกเดี่ยว

มีการประมาณว่าอัตราเร่งนี้จะอยู่ที่ประมาณ 0.002 c/s-1 (ระดับความเชื่อมั่น 90% โดยที่ c คือความเร็วแสง) ทำให้มีปัจจัยเบย์สที่ 58:1 ซึ่งเป็นหลักฐานที่ชัดเจนว่ามีการเร่งในแนวสายตา

“นี่เป็นหลักฐานนานาชาติชิ้นแรกที่บ่งชี้ถึงการมีอยู่ของวัตถุหนาแน่นชิ้นที่สามในการรวมตัวกันของหลุมดำคู่” ดร.ฮันกล่าว “การค้นพบนี้บ่งชี้ว่าหลุมดำคู่ใน GW190814 อาจเป็นส่วนหนึ่งของระบบที่ซับซ้อน แทนที่จะก่อตัวขึ้นอย่างอิสระ ซึ่งเปิดมุมมองใหม่ๆ เกี่ยวกับกลไกการก่อตัวของหลุมดำคู่”

ในอนาคต เมื่อเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงรุ่นใหม่ๆ เช่น กล้องโทรทรรศน์ไอน์สไตน์ Cosmic Explorer หรืออุปกรณ์อวกาศ LISA, Taiji, TianQin เริ่มทำงาน นักวิทยาศาสตร์คาดว่าจะสามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ ของสัญญาณได้อย่างแม่นยำสูง ซึ่งจะช่วยให้ผู้คนถอดรหัสเหตุการณ์ต่างๆ ได้มากขึ้น เช่น GW190814 ซึ่งจะช่วยให้สามารถอธิบายการก่อตัวและวิวัฒนาการของหลุมดำคู่ได้ใกล้ชิดยิ่งขึ้น

ลาเค (อ้างอิงจาก SciTech Daily)

ที่มา: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/phat-hien-nguoi-khong-lo-vo-hinh-an-minh-sau-ho-den-doi/20250901102834250