คลื่นความโน้มถ่วง

คลื่นความโน้มถ่วงจะนำข้อมูลเกี่ยวกับต้นกำเนิดอันน่าทึ่งและเกี่ยวกับธรรมชาติของแรงโน้มถ่วงที่ไม่สามารถหาได้จากที่อื่น นักฟิสิกส์ได้สรุปว่าคลื่นความโน้มถ่วงที่ตรวจพบนั้นเกิดขึ้นในช่วงเสี้ยววินาทีสุดท้ายของการรวมตัวของหลุมดำสองหลุมเพื่อผลิตหลุมดำหมุนวนขนาดใหญ่เพียงหลุมเดียว มีการทำนายการชนกันของหลุมดำสองหลุมนี้ แต่ไม่เคยสังเกต คลื่นความโน้มถ่วงถูกตรวจพบเมื่อวันที่ 14 กันยายน พ.ศ. 2558 เวลา 5:51 น. ตามเวลาออมแสงตะวันออก (09:51 UTC) โดยเครื่องตรวจจับ Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) คู่แฝด ซึ่งตั้งอยู่ที่เมืองลิฟวิงสตัน รัฐลุยเซียนา และเมืองแฮนฟอร์ด รัฐวอชิงตัน , สหรัฐอเมริกา. หอดูดาว LIGO ได้รับทุนสนับสนุนจาก National Science Foundation (NSF) และคิด สร้าง และดำเนินการโดย Caltech และ MIT การค้นพบนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Physical Review Letters โดย LIGO Scientific Collaboration (ซึ่งรวมถึง GEO Collaboration และ Australian Consortium for Interferometric Gravitational Astronomy) และ Virgo Collaboration โดยใช้ข้อมูลจากเครื่องตรวจจับ LIGO สองเครื่อง จากสัญญาณที่สังเกตได้ นักวิทยาศาสตร์ของ LIGO ประมาณการว่าหลุมดำของเหตุการณ์นี้มีมวลประมาณ 29 และ 36 เท่าของดวงอาทิตย์ และเหตุการณ์นี้เกิดขึ้นเมื่อ 1.3 พันล้านปีก่อน มวลประมาณ 3 เท่าของดวงอาทิตย์ถูกเปลี่ยนเป็นคลื่นความโน้มถ่วงในเสี้ยววินาที โดยมีกำลังไฟฟ้าสูงสุดประมาณ 50 เท่าของจักรวาลที่มองเห็นทั้งหมด เมื่อดูเวลาที่สัญญาณมาถึง เครื่องตรวจจับในลิฟวิงสตันบันทึกเหตุการณ์ก่อนเครื่องตรวจจับในแฮนฟอร์ด 7 มิลลิวินาที นักวิทยาศาสตร์สามารถพูดได้ว่าแหล่งกำเนิดอยู่ในซีกโลกใต้ ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป หลุมดำคู่หนึ่งโคจรรอบกันและกันสูญเสียพลังงานผ่านการปล่อย คลื่นความโน้มถ่วง ทำให้ค่อยๆ เข้าใกล้กันเป็นเวลาหลายพันล้านปี และจากนั้นก็เร็วขึ้นมากในนาทีสุดท้าย ในช่วงเสี้ยววินาทีสุดท้าย หลุมดำทั้งสองชนกันด้วยความเร็วเกือบครึ่งหนึ่งของความเร็วแสง และก่อตัวเป็นหลุมดำขนาดใหญ่ขึ้นเพียงหลุมเดียว เปลี่ยนมวลส่วนหนึ่งของหลุมดำที่รวมกันเป็นพลังงาน ตามคำกล่าวของไอน์สไตน์ สูตร E=mc 2 . พลังงานนี้ถูกปล่อยออกมาเป็นคลื่นความโน้มถ่วงที่รุนแรงครั้งสุดท้าย นี่คือคลื่นความโน้มถ่วงที่ LIGO ได้สังเกต การมีอยู่ของคลื่นความโน้มถ่วงแสดงให้เห็นครั้งแรกในปี 1970 และ 80 โดย Joseph Taylor, Jr. และเพื่อนร่วมงาน Taylor และ Russell Hulse ค้นพบระบบดาวคู่ที่ประกอบด้วยพัลซาร์ในวงโคจรรอบดาวนิวตรอนในปี 1974 เทย์เลอร์และโจเอล เอ็ม. ไวส์เบิร์กในปี 1982 พบว่าวงโคจรของพัลซาร์ค่อยๆ หดตัวลงเมื่อเวลาผ่านไปเนื่องจากการปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปของคลื่นความโน้มถ่วง สำหรับการค้นพบพัลซาร์และแสดงให้เห็นว่ามันจะทำให้การวัดคลื่นความโน้มถ่วงนี้เป็นไปได้ ฮัลส์และเทย์เลอร์ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 2536 การค้นพบ LIGO ครั้งใหม่เป็นการสังเกตการณ์ครั้งแรกของคลื่นความโน้มถ่วง โดยการวัดการรบกวนเล็กน้อยที่คลื่นทำต่ออวกาศและเวลาที่พวกมันเคลื่อนผ่านโลก "การสังเกตคลื่นความโน้มถ่วงของเราบรรลุเป้าหมายอันทะเยอทะยานที่ตั้งขึ้นเมื่อ 5 ทศวรรษที่แล้ว เพื่อตรวจจับปรากฏการณ์ที่เข้าใจยากนี้โดยตรงและเข้าใจจักรวาลได้ดีขึ้น และเป็นการเติมเต็มมรดกของไอน์สไตน์ในวันครบรอบ 100 ปีของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขา" เดวิดแห่งคาลเทคกล่าว H. Reitze กรรมการบริหารของ LIGO Laboratory การค้นพบนี้เกิดขึ้นได้ด้วยความสามารถที่เพิ่มขึ้นของ Advanced LIGO ซึ่งเป็นการอัปเกรดครั้งใหญ่ที่เพิ่มความไวของเครื่องมือเมื่อเทียบกับเครื่องตรวจจับ LIGO รุ่นแรก ทำให้เพิ่มปริมาตรของเอกภพที่ตรวจสอบได้มากขึ้น และการค้นพบคลื่นความโน้มถ่วง ระหว่างการสังเกตการณ์ครั้งแรก มูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติสหรัฐเป็นผู้นำในการสนับสนุนทางการเงินสำหรับ Advanced LIGO องค์กรให้ทุนในเยอรมนี (สมาคมมักซ์พลังค์) สหราชอาณาจักร (สภาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสิ่งอำนวยความสะดวก STFC) และออสเตรเลีย (สภาวิจัยแห่งออสเตรเลีย) ได้ให้คำมั่นสัญญาที่สำคัญกับโครงการนี้เช่นกัน เทคโนโลยีสำคัญหลายอย่างที่ทำให้ Advanced LIGO มีความไวมากขึ้นได้รับการพัฒนาและทดสอบโดยความร่วมมือ GEO ของสหราชอาณาจักรในเยอรมัน ทรัพยากรคอมพิวเตอร์จำนวนมากได้รับการสนับสนุนโดย AEI Hannover Atlas Cluster, LIGO Laboratory, Syracuse University และ University of Wisconsin- Milwaukee มหาวิทยาลัยหลายแห่งออกแบบ สร้าง และทดสอบองค์ประกอบหลักสำหรับ Advanced LIGO: Australian National University, University of Adelaide, University of Florida, Stanford University, Columbia University of the City of New York และ Louisiana State University