[ Home ]  [ Today 's Event ]  [ FAQ ]  [ บันทึกงาน ]
User: Passwd:
ค้นหาข้อมูล:

คลื่นความโน้มถ่วงจากดาวนิวตรอนชนกัน

คลื่นความโน้มถ่วงจากดาวนิวตรอนชนกัน

31 ต.ค. 2560
รายงานโดย: วิมุติ วสะหลาย (wimut@hotmail.com)
เมื่อวันที่ 17 สิงหาคมที่ผ่านมา เพียงสามวันหลังจากที่หอสังเกตการณ์ไลโกและหอสังเกตการณ์เวอร์โกตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงครั้งที่สี่ คลื่นความโน้มถ่วงครั้งที่ห้าก็พัดผ่านโลกไป เป็นคลื่นลูกย่อมกว่าสี่ลูกที่ผ่านมา แต่สร้างความตื่นเต้นอย่างใหญ่หลวงในแวดวงฟิสิกส์ดาราศาสตร์

สัญญาณแรกของคลื่นลูกที่ห้านี้เริ่มตรวจจับได้เป็นครั้งแรกเมื่อวันที่ 17 สิงหาคม 2560 เมื่อเวลา 12:41 นาฬิกาตามเวลาสากลโดยหอสังเกตการณ์ไลโกที่แฮนฟอร์ด รัฐวอชิงตัน ตามมาด้วยที่ลิฟวิงสตัน รัฐลุยเซียนา และตามมาด้วยสถานีที่เวอร์โก ที่ตั้งอยู่ใกล้เมืองปีซา ประเทศอิตาลี หอสังเกตการณ์ทั้งสามทำงานร่วมกัน จึงสามารถระบุตำแหน่งของแหล่งกำเนิดคลื่นได้อย่างแม่นยำเช่นเดียวกับการค้นพบครั้งที่สี่

คลื่นความโน้มถ่วงครั้งนี้มีชื่อว่า จีดับเบิลยู 170817 (GW170817) 

การวิเคราะห์สัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงบ่งชี้ว่า วัตถุที่เป็นต้นกำเนิดคลื่นความโน้มถ่วงในครั้งนี้เป็นวัตถุสองดวงที่ตีวงเข้าหากันแล้วชนกัน แต่ต่างจากกรณีของคลื่นความโน้มถ่วงสี่ครั้งก่อนหน้าที่เกิดจากการชนกันของหลุมดำที่มีมวลหลายสิบเท่าของดวงอาทิตย์ วัตถุต้นกำเนิดคลื่น จีดับเบิลยู 170817 มีมวลต่ำกว่ามาก ดวงหนึ่งมีมวล 1.1 มวลสุริยะ อีกดวงหนึ่งมีมวล 1.6 มวลสุริยะ นี่คือระดับของของดาวนิวตรอน ซึ่งเป็นวัตถุมวลแน่นที่เป็นซากดาวฤกษ์เหมือนกับหลุมดำ แต่มวลน้อยกว่า

คลื่นความโน้มถ่วงที่ไลโกและเวอร์โกวัดได้ครั้งนี้เริ่มจากความถี่ไม่กี่สิบเฮิรตซ์ แล้วค่อย ๆ ถี่ขึ้นไปเรื่อย ๆ จนกระทั่งถึง กิโลเฮิรตซ์ ซึ่งเป็นความถี่สูงสุดเท่าที่ไลโกจะวัดได้ ช่วงเวลาที่วัดคลื่นได้ทั้งหมดกินเวลานานถึงราว 100 วินาที ต่างจากครั้งที่ผ่าน ๆ มาที่วัดได้เป็นเวลาสั้น ๆ ไม่ถึงหนึ่งวินาทีเท่านั้น ทั้งนี้เนื่องจากวัตถุต้นกำเนิดคลื่นในครั้งนี้มีมวลน้อยกว่าวัตถุต้นกำเนิดคลื่นที่เคยพบ ทำให้มีช่วงเวลาที่แผ่คลื่นออกมาในย่านที่ไลโกตรวจวัดได้นานกว่า ขณะที่แผ่คลื่นดาวนิวตรอนทั้งสองอยู่ห่างกันเพียง 300 กิโลเมตรเท่านั้น 

แหล่งกำเนิดคลื่นครั้งนี้อยู่ห่างออกไปประมาณ 130 ล้านปีแสง ซึ่งถือว่าค่อนข้างใกล้ 

ดาวนิวตรอนมีมวลน้อยกว่าหลุมดำที่เป็นต้นกำเนิดคลื่นที่พบคราวก่อนมาก แต่ความสำคัญ ผลกระทบ และความตื่นเต้นของการค้นพบในครั้งนี้ไม่น้อยกว่าเลย นักดาราศาสตร์บางคนถึงกับกล่าวว่าการค้นพบคลื่นครั้งที่ห้านี้น่าตื่นเต้นยิ่งกว่าเมื่อครั้งค้นพบคลื่นครั้งแรกเมื่อปี 2558 เสียอีก

หลุมดำเป็นวัตถุที่มีสนามความโน้มถ่วงเข้มข้นมากจนแม้แต่แสงก็มิอาจหลุดรอดออกมาได้ คลื่นความโน้มถ่วงที่เกิดจากหลุมดำชนกันจึงเป็นคลื่นที่มืดสนิท เพราะไม่มีแสงหรือรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าใด ๆ แผ่ออกมา แต่ดาวนิวตรอนไม่เป็นเช่นนั้น นักดาราศาสตร์เคยสร้างแบบจำลองการชนของดาวนิวตรอนมาก่อน ซึ่งให้ผลว่าการชนจะแผ่คลื่นความโน้มถ่วงออกมาและแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาในทุกย่านความถี่ ซึ่งกล้องโทรทรรศน์ที่ทำงานในย่านความถี่ต่าง ๆ ร่วมสำรวจได้ ซึ่งในครั้งนี้มีกล้องโทรทรรศน์ทั่วโลกทั้งภาคพื้นดินและบนวงโคจรร่วมสำรวจ จีดับเบิลยู 170817 มากถึง 70 กล้อง 

หลังจากที่คลื่นความโน้มถ่วงผ่านไป 1.7 วินาที กล้องโทรทรรศน์อวกาศเฟอร์มีของนาซาและอินทีกรัลของอีซาก็ตรวจพบรังสีแกมมากระโชกมาจากตำแหน่งเดียวกัน การวิเคราะห์สัญญาณจากไลโกและเวอร์โกยืนยันได้ว่ารังสีแกมมาที่พบกับคลื่นความโน้มถ่วงมาจากเหตุการณ์เดียวกัน ไม่ใช่เหตุบังเอิญอย่างแน่นอน

แสงวาบรังสีแกมมาที่เฟอร์มีตรวจพบในครั้งนี้เป็นแสงวาบรังสีแกมมาชนิดสั้น การค้นพบครั้งนี้จึงเป็นการพิสูจน์ว่าหนึ่งในสาเหตุของการเกิดแสงวาบรังสีแกมมาชนิดสั้นคือดาวนิวตรอนชนกันจริง 

"แสงวาบรังสีแกมมาเป็นปรากฏการณ์ท้องฟ้าลึกลับอีกชนิดหนึ่งที่นักวิทยาศาสตร์พยายามอธิบายมานานว่าเกิดจากอะไร มีการตั้งทฤษฎีว่าแสงวาบรังสีแกมมาชนิดสั้นเกิดจากดาวนิวตรอนชนกัน โดยอธิบายว่าขณะที่ดาวนิวตรอนทั้งคู่ตีวงเข้าหากัน จะดึงปริภูมิเวลารอบ ๆ ให้ยืดและบิดเบี้ยว แผ่พลังงานออกมาในรูปของคลื่นความโน้มถ่วง และเมื่อชนกัน ก็จะหลอมรวมกันเป็นดาวนิวตรอนดวงเดียวพร้อมกับแผ่รังสีแกมมารุนแรงออกมาเป็นเวลาสั้น ๆ ดูคล้ายกับการเกิดโนวา แต่มีความสว่างมากกว่าเป็นพันเท่า นักดาราศาสตร์จึงเรียกปรากฏการณ์นี้ว่า กิโลโนวา (kilonova)" ดร. จูลี แมเอนเนอรี นักวิทยาศาสตร์จากโครงการเฟอร์มีอธิบาย

หลังจากนั้น 11 ชั่วโมง จุดแสงที่อยู่ในย่านแสงที่ตามองเห็นเริ่มปรากฏขึ้น ณ ตำแหน่งของ จีดับเบิลยู 170817 จุดนี้มีอันดับความสว่าง 17 ซึ่งตรวจจับได้โดยกล้องโทรทรรศน์เฮนริเอตตาสวอปของหอดูดาวลัสกัมปานัส กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล และอื่น 

สิ่งที่สร้างความประหลาดใจแก่นักดาราศาสตร์อย่างที่สุดในปรากฏการณ์นี้ก็คือ กล้องโทรทรรศน์เชิงแสงที่สำรวจปรากฏการณ์นี้ตรวจพบการสังเคราะห์ธาตุหนักบางชนิด เช่น ทองคำ แพลทินัม ตะกั่ว

เมื่อเอกภพเริ่มกำเนิดขึ้น มีเพียงธาตุไฮโดรเจนและฮีเลียมเท่านั้น ธาตุที่หนักกว่านั้นเกิดขึ้นมาภายหลังจากกระบวนการสังเคราะห์นิวเคลียสที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ภายในแก่นดาวฤกษ์และจากซูเปอร์โนวา แต่กระบวนการเหล่านี้สร้างธาตุที่หนักที่สุดได้เพียงเหล็กเท่านั้น ส่วนธาตุที่หนักกว่าเหล็กซึ่งอยู่ทางครึ่งล่างของตารางธาตุ นักวิทยาศาสตร์ไม่ทราบว่าเกิดขึ้นมาได้อย่างไร มีทฤษฎีที่กล่าวว่าธาตุหนักเหล่านั้นเกิดขึ้นได้จากการชนกันของดาวนิวตรอนสองดวง แต่ก็ไม่เคยมีการตรวจพบปรากฏการณ์นี้จริง ๆ จนกระทั่งครั้งนี้
คาดว่าปรากฏการณ์นี้ได้สร้างทองคำขึ้นมาเป็นมวลประมาณ 10-100 เท่าของมวลโลก ส่วนแพลทินัมได้มากกว่านั้นอีกถึงสามเท่า 

นี่เป็นครั้งแรกมีการสำรวจปรากฏการณ์บนท้องฟ้าด้วยคลื่นความโน้มถ่วงและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นครั้งแรกที่เราไม่ได้สำรวจท้องฟ้าโดยการมองเพียงอย่างเดียว แต่ยัง "ฟัง" ไปพร้อม ๆ กันอีกด้วย นับว่าดาราศาสตร์คลื่นความโน้มถ่วงให้โอกาสในการศึกษาดาวนิวตรอนในแบบที่การศึกษาคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเพียงอย่างเดียวทำไม่ได้

"การค้นพบครั้งนี้เรียกว่าเป็นการเปิดประตูบานใหม่ในการศึกษาฟิสิกส์ดาราศาสตร์เลยทีเดียว" ศ.ลอรา แคโดนาตี รองโฆษกของไลโกเปรียบ

"ปรากฏการณ์นี้มีนักดาราศาสตร์ที่เกี่ยวข้องเกือบ 4,000 คนจาก 900 องค์กร นี่เป็นมหกรรมการสำรวจปรากฏการณ์ท้องฟ้าที่คึกคักที่สุดในประวัติศาสตร์" วิกกี คาโลจีรา จากมหาวิทยาลัยนอร์ทเวสเทิร์นกล่าว 

นักดาราศาสตร์ประเมินว่าในดาราจักรหนึ่งมีดาวนิวตรอนชนกันทุก 10,000 ปีโดยประมาณ

 
ดาวนิวตรอนชนกัน ตามจินตนาการของศิลปิน

ดาวนิวตรอนชนกัน ตามจินตนาการของศิลปิน (จาก NSF / LIGO / Sonoma State University / A. Simonnet.)

แผนที่ท้องฟ้าแสดงตำแหน่งของแหล่งกำเนิดคลื่นความโน้มถ่วงที่ตรวจพบทั้งห้าครั้ง คลื่นที่ตรวจพบสามครั้งแรก (จีดับเบิลยู 150914, จีดับเบิลยู 151226 และ จีดับเบิลยู 170104) ตรวจพบโดยหอสังเกตการณ์ไลโกสองแห่ง จึงระบุตำแหน่งได้อย่างกว้าง ๆ กรอบความน่าจะเป็นมีลักษณะเป็นแถบยาวพาดไปบนท้องฟ้า ส่วนคลื่นสองครั้งหลัง (จีดับเบิลยู 170814, จีดับเบิลยู 170817) ตรวจพบโดยไลโกและเวอร์โก จึงสามารถระบุตำแหน่งได้แม่นยำขึ้นมาก ตีกรอบความน่าจะเป็นได้แคบลงเหลือเพียงเป็นหยดเล็ก ๆ เทานั้น

แผนที่ท้องฟ้าแสดงตำแหน่งของแหล่งกำเนิดคลื่นความโน้มถ่วงที่ตรวจพบทั้งห้าครั้ง คลื่นที่ตรวจพบสามครั้งแรก (จีดับเบิลยู 150914, จีดับเบิลยู 151226 และ จีดับเบิลยู 170104) ตรวจพบโดยหอสังเกตการณ์ไลโกสองแห่ง จึงระบุตำแหน่งได้อย่างกว้าง ๆ กรอบความน่าจะเป็นมีลักษณะเป็นแถบยาวพาดไปบนท้องฟ้า ส่วนคลื่นสองครั้งหลัง (จีดับเบิลยู 170814, จีดับเบิลยู 170817) ตรวจพบโดยไลโกและเวอร์โก จึงสามารถระบุตำแหน่งได้แม่นยำขึ้นมาก ตีกรอบความน่าจะเป็นได้แคบลงเหลือเพียงเป็นหยดเล็ก ๆ เทานั้น (จาก LIGO / Virgo / NASA / Leo Singer / Axel Mellinger)

ภาพจุดแสงจาก จีดับเบิลยู 170817 ถ่ายโดยกล้องสวอปของหอดูดาวคาร์เนกี เป็นภาพเหตุการณ์ที่ถ่ายในย่านแสงขาวภาพแรกที่ถ่ายได้

ภาพจุดแสงจาก จีดับเบิลยู 170817 ถ่ายโดยกล้องสวอปของหอดูดาวคาร์เนกี เป็นภาพเหตุการณ์ที่ถ่ายในย่านแสงขาวภาพแรกที่ถ่ายได้ (จาก Ryan Foley)

ที่มา:

ข่าวที่คล้ายกัน:

อภิธานศัพท์

หลุมดำ - black hole
วัตถุที่มีความโน้มถ่วงสูงมาก มีความเร็วหลุดพ้นเท่ากับหรือมากกว่าอัตราเร็วแสง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจึงแผ่ออกจากหลุมดำไม่ได้
มวลสุริยะ - solar mass
มวลที่เท่ากับมวลของดวงอาทิตย์
ดาวนิวตรอน - neutron star
แก่นของดาวฤกษ์ที่เหลือหลังจากที่ระเบิดเป็นซูเปอร์โนวาไปแล้ว มีมวลอยู่ระหว่าง 1.4-3 เท่าของดวงอาทิตย์ มีความหนาแน่นสูงมาก เนื้อวัตถุทั้งหมดประกอบด้วยนิวตรอน
กล้องโทรทรรศน์เชิงแสง - optical telescope
กล้องโทรทรรศน์ที่ทำงานในย่านความถี่ของแสงที่ตามนุษย์มองเห็น

 






คลื่นความโน้มถ่วงจากดาวนิวตรอนชนกัน


โดย: มาสเตอร์  นิรันดร    ศรีวรกุล
งาน: กลุ่มสาระวิทยาศาสตร์
อ้างอิงแผนงาน : -
อ้างอิงโครงการ : -
แหล่งที่มา: http://thaiastro.nectec.or.th/news/1127/

ขอบคุณสำหรับการโวตท์
Vote
เป็นประโยชน์ต่อผู้โพสต์เอง
เป็นประโยชน์ต่อฉัน
เป็นประโยชน์ต่อผู้ปกครอง
เป็นประโยชน์ต่อนักเรียน
มีประโยชน์ต่อทุกคน
บุคลากร 0 บุคคลภายนอก 0

อ่าน 1 ครั้ง