หลุมดำบิดตัวเร็วกว่าที่เคยพบถึง 10 พันล้านเท่า
นักวิจัยที่ศึกษาผลที่ตามมาจากการชนกันของหลุมดำขนาดมหึมาอาจยืนยันปรากฏการณ์ความโน้มถ่วงที่อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ทำนายไว้เมื่อ หนึ่งศตวรรษก่อน
ตามการวิจัยใหม่ที่ตีพิมพ์ในวันนี้ (12 ต.ค. ) ในวารสารNature(เปิดในแท็บใหม่)ปรากฏการณ์นี้ ซึ่งเรียกว่า precession และคล้ายกับการเคลื่อนไหวโยกเยกที่บางครั้งเห็นบนยอดหมุน เกิดขึ้นเมื่อหลุมดำ โบราณสองแห่ง ชนเข้าด้วยกันและรวมเป็นหนึ่งเดียว เมื่อวัตถุขนาดใหญ่ทั้งสองหมุนเข้าใกล้กันมากขึ้น พวกมันก็ปล่อยคลื่นขนาดมหึมาผ่านโครงสร้างของกาลอวกาศที่เรียกว่าคลื่นความโน้มถ่วง ซึ่งพุ่งออกไปนอกจักรวาล นำพลังงานและโมเมนตัมเชิงมุมออกจากหลุมดำที่รวมตัวกัน
นักวิทยาศาสตร์ตรวจพบคลื่นเหล่านี้ครั้งแรกที่เล็ดลอดออกมาจากหลุมดำในปี 2020 โดยใช้ Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ในสหรัฐอเมริกาและเซ็นเซอร์คลื่นโน้มถ่วงของราศีกันย์ในอิตาลี หลังจากศึกษารูปแบบคลื่นมาหลายปี นักวิจัยได้ยืนยันว่าหลุมดำแห่งหนึ่งหมุนอย่างบ้าคลั่ง ในระดับที่ไม่เคยเห็นมาก่อน
นักวิจัยได้สังเกตเห็นการเคลื่อนตัวในทุกสิ่งตั้งแต่ยอดสปิ นเดิลไปจนถึง ระบบดาวที่กำลังจะตายแต่ไม่เคยอยู่ในวัตถุที่มีขนาดมหึมาเท่าระบบหลุมดำคู่ ซึ่งเครื่องดูดฝุ่นของจักรวาลทั้งสองโคจรรอบจุดศูนย์กลางร่วม อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีสัมพัทธภาพ ทั่วไปของไอน์สไตน์ได้ ทำนายไว้เมื่อกว่า 100 ปีที่แล้วว่าการเคลื่อนตัวจะเกิดขึ้นในวัตถุที่มีขนาดใหญ่เท่ากับหลุมดำไบนารี ตอนนี้ ผู้เขียนศึกษากล่าวว่า ปรากฏการณ์ที่หายากนี้ถูกพบในธรรมชาติเป็นครั้งแรก
ที่เกี่ยวข้อง: หลุมดำเป็นรูหนอนหรือไม่?
“เราคิดมาตลอดว่าหลุมดำไบนารีสามารถทำเช่นนี้ได้” มาร์ค ฮันนัม ผู้อำนวยการสถาบันสำรวจแรงโน้มถ่วง มหาวิทยาลัยคาร์ดิฟฟ์ ในสหราชอาณาจักร กล่าวในแถลงการณ์ “เราหวังว่าจะพบตัวอย่างตั้งแต่การตรวจจับคลื่นโน้มถ่วงครั้งแรก เราต้องรอเป็นเวลาห้าปีและกว่า 80 การตรวจจับแยกกัน แต่ในที่สุดเราก็มีหนึ่งตัวอย่าง!”
หลุมดำที่เป็นปัญหานั้นมีขนาดใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ หลายเท่า โดยที่หลุมดำ ทั้งสองมีขนาดใหญ่ประมาณ 40 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ นักวิจัยจับลมของคู่ไบนารีครั้งแรกในปี 2020 เมื่อ LIGO และ Virgo ตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงที่ปล่อยออกมาจากการชนกันของหลุมดำทั้งสอง ทีมงานได้ตั้งชื่อการชนกันครั้งนี้ว่า GW200129 สำหรับวันที่ค้นพบ (29 ม.ค. 2020)
ตั้งแต่นั้นมา นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ก็ได้เจาะลึกข้อมูลคลื่นความโน้มถ่วงเริ่มต้นนั้น และเปิดเผยความลับที่แปลกประหลาดกว่าที่เคยเกี่ยวกับการชนครั้งยิ่งใหญ่ครั้งนี้ (แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะมีคลื่นความโน้มถ่วงให้เคลื่อนที่ต่อไปเท่านั้นและไม่มีการสังเกตการณ์โดยตรง พวกเขาไม่สามารถระบุตำแหน่งที่แม่นยำของหลุมดำได้)
ตัวอย่างเช่น ในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2565 ทีมนักวิจัยได้คำนวณว่าการควบรวมกิจการระหว่างหลุมดำทั้งสองมีขนาดใหญ่และไม่เท่ากัน ตามข้อมูลจากเว็บไซต์Space.comซึ่งเป็นเว็บไซต์น้องสาวของ Live Science โดยมีคลื่นความโน้มถ่วงพุ่งออกจากการชนกันในทิศทางเดียวในขณะที่หลุมดำใหม่ หลุมดำที่รวมตัวกันน่าจะ “เตะ” ออกจากกาแลคซีบ้านเกิดของมันด้วยความเร็วมากกว่า 3 ล้านไมล์ต่อชั่วโมง (4.8 ล้านกิโลเมตรต่อชั่วโมง) ในทิศทางตรงกันข้าม
งานวิจัยใหม่ใน Nature แสดงให้เห็นว่าหลุมดำทั้งสองมีความสัมพันธ์ที่วุ่นวายก่อนการควบรวมกิจการอย่างรุนแรง ขณะที่วัตถุขนาดมหึมาทั้งสองดึงเข้าหากันในวงโคจรที่ใกล้เข้ามาทุกที พวกมันก็เริ่มสั่นคลอนเหมือนยอดแหลม วนซ้ำหลายครั้งทุกวินาที ตามที่ผู้เขียนศึกษา ผลกระทบก่อนหน้านี้คาดว่าจะเร็วกว่าที่เคยวัดได้ 10 พันล้านเท่า
การค้นพบนี้พิสูจน์ให้เห็นถึง Einstein ผู้ซึ่งทำนายว่าผลกระทบดังกล่าวเป็นไปได้ในวัตถุขนาดใหญ่บางชิ้นของจักรวาล แต่ผลลัพธ์ที่ได้ยังทำให้เกิดคำถามว่าการรวมตัวของหลุมดำที่สั่นคลอนสั่นคลอนเช่นนี้เกิดขึ้นได้ยากอย่างที่คิดหรือไม่
“หลุมดำที่ใหญ่กว่าในดาวคู่นี้ ซึ่งมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ประมาณ 40 เท่า กำลังหมุนเกือบเร็วที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ทางกายภาพ” ชาร์ลี ฮอย ผู้เขียนร่วมการศึกษา นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยคาร์ดิฟฟ์ ในเวลาที่ทำการศึกษากล่าว และตอนนี้ที่มหาวิทยาลัยพอร์ตสมัธในสหราชอาณาจักร “แบบจำลองปัจจุบันของเราเกี่ยวกับรูปแบบไบนารีแสดงให้เห็นว่าอันนี้หายากมาก อาจเป็นหนึ่งในพันเหตุการณ์ หรืออาจเป็นสัญญาณว่าแบบจำลองของเราจำเป็นต้องเปลี่ยน”
