คลื่นความโน้มถ่วงทำให้หลุมดำใหม่ ‘เตะ’ ความเร็วสูง

หลุมดำสองแห่งรวมกันเป็นหนึ่งเดียว ซึ่งจากนั้นก็พุ่งออกไปด้วยความเร็วประมาณ 5 ล้านกิโลเมตรต่อชั่วโมงหลุมดำนี้รู้วิธีเตะกลับจริงๆ

เมื่อเร็วๆ นี้ นักวิทยาศาสตร์ได้สังเกตเห็นหลุมดำสองหลุมที่รวมตัวกันเป็นหนึ่งเดียว และในกระบวนการนี้ก็ได้ “เตะ” ที่เหวี่ยงหลุมดำที่เพิ่งก่อตัวใหม่ออกไปด้วยความเร็วสูง หลุมดำนั้นซูมออกด้วยความเร็วประมาณ 5 ล้านกิโลเมตรต่อชั่วโมง ให้หรือรับไปสองสามล้าน นักวิจัยรายงานในหนังสือพิมพ์ฉบับหนึ่งในPhysical Review Letters เร็วมากอย่างเห็นได้ชัด: ความเร็วของแสงนั้นเร็วเพียง 200 เท่า

ระลอกคลื่นในกาลอวกาศที่เรียกว่าคลื่นความโน้มถ่วงได้ปล่อยหลุมดำออกจากจุดแตกหัก 

ในขณะที่หลุมดำสองหลุมที่จับคู่กันหมุนวนเข้าด้านในและรวมตัวกัน พวกมันจะปล่อยระลอกคลื่นเหล่านี้ ซึ่งขยายและบีบพื้นที่ ถ้าคลื่นโน้มถ่วงเหล่านั้นถูกยิงออกไปในจักรวาลในทิศทางเดียว หลุมดำจะหดตัวตามการตอบสนอง

นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ Vijay Varma จากสถาบัน Max Planck สำหรับฟิสิกส์โน้มถ่วงใน Potsdam ประเทศเยอรมนีกล่าวว่าคล้ายกับปืนที่เตะกลับหลังจากยิงกระสุน

หอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วง LIGO และ Virgo ซึ่งตั้งอยู่ในสหรัฐอเมริกาและอิตาลี ตรวจพบระลอกคลื่นในกาลอวกาศของหลุมดำเมื่อพวกมันมาถึงโลกในวันที่ 29 มกราคม 2020 คลื่นเหล่านั้นเผยให้เห็นรายละเอียดว่าหลุมดำรวมตัวกันอย่างไร บอกเป็นนัยว่าอาจมีการเตะขนาดใหญ่ . ในขณะที่หลุมดำโคจรรอบกันและกัน ระนาบที่พวกมันโคจรอยู่จะหมุนหรือเคลื่อนตัวก่อนจะหมุน คล้ายกับที่ด้านบนโคจรในขณะที่มันหมุน หลุมดำที่อยู่ข้างหน้านั้นคาดว่าจะได้รับการเตะที่ใหญ่กว่าเมื่อรวมเข้าด้วยกัน

วาร์มาและเพื่อนร่วมงานจึงเจาะลึกข้อมูลนี้ โดยวัดว่าหลุมดำได้รับรูทหรือไม่ ในการประมาณความเร็วเตะ นักวิจัยได้เปรียบเทียบข้อมูลกับรุ่นต่างๆ ที่คาดการณ์ไว้ของการควบรวมกิจการของหลุมดำ ซึ่งสร้างขึ้นจากการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ที่แก้สมการสัมพัทธภาพทั่วไปทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์ ( SN: 2/3/21 ) นักวิจัยพบว่าการหดตัวมีขนาดใหญ่มากว่าหลุมดำน่าจะถูกขับออกจากบ้านและเตะไปที่ขอบจักรวาล

กลุ่มดาวและหลุมดำหนาแน่นที่เรียกว่ากระจุกดาวทรงกลมเป็นสถานที่แห่งหนึ่งที่คาดว่าหลุมดำจะรวมตัวกันและรวมเข้าด้วยกัน ทีมคำนวณความเป็นไปได้ที่หลุมดำที่ถูกเตะจะอยู่ภายในบ้านกระจุกดาวทรงกลมเพียง 0.5 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น สำหรับหลุมดำในสภาพแวดล้อมหนาแน่นอีกประเภทหนึ่ง ที่เรียกว่ากระจุกดาวนิวเคลียร์ ความน่าจะเป็นที่จะเกาะรอบๆ อยู่ที่ประมาณ 8 เปอร์เซ็นต์

การหลบหนีครั้งใหญ่ของหลุมดำอาจมีนัยยะสำคัญ LIGO และ Virgo ตรวจพบการรวมตัวกันของหลุมดำมวลดาวฤกษ์ ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อดาวระเบิดในซุปเปอร์โนวาและยุบตัวเป็นหลุมดำ นักวิทยาศาสตร์ต้องการทำความเข้าใจว่าหลุมดำที่รวมตัวกันเป็นกลุ่มก้อนที่หนาแน่นสามารถรวมตัวกันได้อีกครั้งหรือไม่ โดยต้องผ่านการหลอมรวมหลายรอบ หากเป็นเช่นนั้น อาจช่วยอธิบายหลุมดำขนาดใหญ่ที่น่าประหลาดใจที่เคยพบในการควบรวมกิจการได้ ( SN: 9/2/20 ) แต่ถ้าโดยทั่วไปแล้วหลุมดำที่รวมตัวกันจะพุ่งออกจากบ้านอย่างรวดเร็ว นั่นจะทำให้การควบรวมกิจการหลายครั้งน้อยลง

Varma กล่าวว่า “การเตะมีความสำคัญมากในการทำความเข้าใจว่าหลุมดำมวลดาวมวลหนักก่อตัวอย่างไร

ก่อนหน้านี้ นักดาราศาสตร์ได้รวบรวมหลักฐานของคลื่นความโน้มถ่วงที่ส่งผลกระทบครั้งใหญ่ต่อหลุมดำมวลมหาศาลซึ่งเป็นสัตว์ร้ายที่มีขนาดใหญ่กว่ามากที่พบในใจกลางกาแลคซี่ ( SN: 3/28/17 ) แต่ข้อสรุปนั้นขึ้นอยู่กับการสังเกตแสงมากกว่าคลื่นความโน้มถ่วง นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ Manuela Campanelli จากสถาบันเทคโนโลยีโรเชสเตอร์ในนิวยอร์กกล่าวว่า “คลื่นความโน้มถ่วงนั้นสะอาดกว่าและตีความง่ายกว่าในทางใดทางหนึ่ง

ข้อมูล LIGO และ Virgo ได้เปิดเผยหลักฐานบางอย่างของหลุมดำที่ได้รับการเตะเล็ก ๆ การศึกษาใหม่นี้เป็นครั้งแรกที่รายงานโดยใช้คลื่นความโน้มถ่วงเพื่อระบุหลุมดำที่ปลายลูกเตะขนาดใหญ่

การเตะครั้งใหญ่นั้นไม่น่าแปลกใจเลย Campanelli กล่าว การคาดการณ์ตามทฤษฎีก่อนหน้านี้โดย Campanelli และเพื่อนร่วมงานแนะนำว่าการเตะที่ทรงพลังนั้นเป็นไปได้ “มันน่าตื่นเต้นเสมอเมื่อมีคนสามารถวัดจากการสังเกตสิ่งที่คุณคาดการณ์จากการคำนวณ”

เตรียมรับภัยพิบัติ ฉลองความสำเร็จไม่ใช่ทุกวันที่คุณได้ยินเรื่องราวทางวิทยาศาสตร์ทางวิทยุกีฬา แต่ภารกิจ Rosetta ซึ่งเกี่ยวข้องกับความสำเร็จที่น่าประทับใจในการลงจอดหุ่นยนต์บนดาวหางที่เคลื่อนที่อย่างรวดเร็วนั้นเป็นข้อยกเว้น Steve Czaban แห่ง ESPN Radio หยุดพักจากการพูดคุยเรื่องฟุตบอลและบาสเก็ตบอลตามปกติของเขา ถ้าเพียงชั่วครู่ เพื่อแสดงความชื่นชมต่อ Rosetta และการลำเลียงยานลงจอด Philae แบบสโลว์โมชั่นไปยัง 67P/Churyumov-Gerasimenko ในแง่ของการชื่นชมวิทยาศาสตร์ของสาธารณชน การพยักหน้าเป็นที่น่าพอใจ แต่มันก็เตือนฉันด้วยว่าทำไมถึงต้องการScience News

Czaban ยกย่องความกล้าหาญและความกล้าหาญของวิศวกรที่อยู่เบื้องหลัง Rosetta แต่เขาไม่ได้บอกว่าเหตุใดภารกิจจึงมีอยู่หรือคำถามทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญที่หวังว่าจะตอบ มุมมองที่ลึกซึ้งซึ่งมักจะหายไปจากรายงานของสื่อกระแสหลักเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์คือสิ่งที่Science Newsนำเสนอทุกประเด็นในหลาย ๆ ด้านของวิทยาศาสตร์เท่าที่เราจะสามารถ – จากผู้คว้าพาดหัวข่าวอย่าง Rosetta ไปจนถึงการค้นหารากเหง้าทางพันธุกรรมที่ ลึกลับมากขึ้น ของการเชื่อ งในแมว