หลุมดำเป็นหนึ่งในวัตถุที่น่าสนใจที่สุดในเอกภพ แต่พวกมันยังคงเข้าใจยากเพราะมันมีความหนาแน่นอย่างไม่น่าเชื่อและแรงโน้มถ่วงของมันนั้นแข็งแกร่งมากจนแม้แต่แสงก็ไม่สามารถหลบหนีได้ เพื่อเผยให้เห็นหลุมดำที่ซ่อนอยู่ทั่วทั้งจักรวาลนักวิจัยได้หันไปสู่สาขาการวิจัยใหม่ที่รู้จักกันในชื่อดาราศาสตร์ดาราศาสตร์คลื่นความโน้มถ่วง
คลื่นความโน้มถ่วงคือการบิดเบี้ยวหรือระลอกคลื่นในโครงสร้างของอวกาศและเวลาที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของวัตถุขนาดใหญ่ ในปี 2558 นักดาราศาสตร์ตรวจพบการเคลื่อนที่ของคลื่นความโน้มถ่วงเป็นครั้งแรกโดยใช้กล้องโทรทรรศน์ของเลเซอร์อินเตอร์เฟอเรเตอร์แบบเลเซอร์ที่ใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในโลก (LIGO) ในหลุยเซียน่าและวอชิงตัน ในกรณีนี้ระลอกเกิดขึ้นจากการชนกันอย่างรุนแรงของหลุมดำขนาดใหญ่สองแห่งที่โคจรรอบร่วมกันซึ่งรู้จักกันในชื่อหลุมดำคู่
การใช้ LIGO และเทคโนโลยีการสังเกตอื่น ๆ การศึกษาใหม่มีจุดมุ่งหมายในการวาดภาพที่สมบูรณ์ของหลุมดำโดยเฉพาะที่อยู่ในหมวดหมู่ที่คลุมเครือมากขึ้นที่รู้จักกันในชื่อหลุมดำมวลปานกลาง (IMBHs)
“ เมื่อฉันเข้าร่วม LIGO ฉันตระหนักว่าปีของการจำลองความสัมพันธ์ทั่วไปของหลุมดำสามารถนำมาพัฒนาการค้นพบทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ใหม่ของ IMBHs” Karan Jani นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัย Vanderbilt และผู้เขียนนำการศึกษาบอก Space ดอทคอม
IMBHs อยู่ที่ไหนสักแห่งระหว่างมวลยวดยิ่ง - ยิ่งใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ของเราอย่างน้อยหนึ่งล้านเท่าและหลุมดำมวลสูง - เล็กกว่า แต่ก็ยังใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ของเราห้าถึง 50 เท่า
"IMBHs มีความพิเศษมากในช่วงต้นทศวรรษของดาราศาสตร์คลื่นความโน้มถ่วงในบรรดาแหล่งกำเนิดทางดาราศาสตร์ที่รู้จักกันซึ่งเปล่งคลื่นความโน้มถ่วงนั้นเรารายงานว่าทั้ง LIGO และ LISA [เสาอากาศของเลเซอร์อวกาศอินเตอร์เฟอเรเตอร์] มีความอ่อนไหวต่อการรวมตัวของ IMBH มากที่สุด "จากการทดลองทั้งสองนี้เราสามารถสำรวจไบนารี IMBH ทั้งหมดในจักรวาลได้"
อย่างไรก็ตามนักดาราศาสตร์ยังไม่สามารถตรวจจับหลุมดำขนาดกลางที่เข้าใจยากเหล่านี้ได้ Jani กล่าว ดังนั้นวิธีการของเขาคือการศึกษาความถี่ต่าง ๆ ของคลื่นความโน้มถ่วงที่ปล่อยออกมาจากหลุมดำเพื่อให้เข้าใจกิจกรรม IMBH ได้ดีขึ้น
Jani กล่าวในแถลงการณ์จากมหาวิทยาลัย Vanderbilt เช่นเดียวกับวงซิมโฟนีออร์เคสตร้าที่เปล่งเสียงออกมาในหลายช่วงความถี่คลื่นความโน้มถ่วงที่ปล่อยออกมาจากหลุมดำเกิดขึ้นที่ความถี่และเวลาที่ต่างกัน "ความถี่เหล่านี้บางส่วนมีแบนด์วิดท์สูงมากในขณะที่บางส่วนมีแบนด์วิดท์ต่ำและเป้าหมายของเราในยุคถัดไปของดาราศาสตร์คลื่นความโน้มถ่วงคือการจับการสังเกตแบบหลายแบนด์ของความถี่ทั้งสองนี้เพื่อ 'ฟังเพลงทั้งหมด' เมื่อมันมาถึงหลุมดำ "
เชื่อว่า IMBHs เป็นเมล็ดที่หลุมดำมวลมหาศาลเติบโต ตัวอย่างเช่นหลุมดำอาจโตขึ้นโดยการกลืนหลุมดำอื่น ในพื้นที่ของสสารที่ทำให้เกิดหลุมดำรอบหลุมดำหรือที่เรียกว่าดิสก์สะสมมวลรวมแรงโน้มถ่วงที่แข็งแกร่งจะดึงก๊าซใกล้ ๆ ดาวฝุ่นและแม้แต่หลุมดำอื่น ๆ วัสดุใดก็ตามที่มีความเสี่ยงใกล้เกินกว่าจะถูกดึงผ่านขอบฟ้าเหตุการณ์ - จุดที่เกินกว่าที่มันจะหนีจากแรงโน้มถ่วงของหลุมดำไม่ได้
“ ทันทีที่ IMBH ติดกับหลุมดำอีกแห่งในบริเวณใกล้เคียงก็จะมีรังสีความโน้มถ่วงจำนวนมาก” Jani กล่าวกับ Space.com LIGO สามารถจับรังสีนี้ได้ในกรณีที่หลุมดำเหล่านี้ชนกัน
ภารกิจ LISA ที่นำเสนอ - ร่วมกันนำโดยองค์การอวกาศยุโรปและนาซ่า - จะสามารถตรวจจับและวัดคลื่นแรงโน้มถ่วงความถี่ต่ำได้อย่างแม่นยำซึ่งเป็นสิ่งที่ท้าทายสำหรับเครื่องตรวจจับที่ใช้โลกเนื่องจากการเคลื่อนที่ของแผ่นดินไหวของโลกหรือการสั่นสะเทือนจากการผ่าน รถยนต์. LISA จะเปิดตัวในปี 2034 ซึ่งเป็นเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงเชิงพื้นที่แห่งแรก
"ด้วยภารกิจ LISA การศึกษาของเราพบว่ารังสีจาก IMBHs สามารถบันทึกอย่างน้อยสองสามปีก่อนการชนกันอย่างเป็นเวรกรรม" Jani กล่าว การแผ่รังสีนี้เป็นเวลาอวกาศที่ผิดรูปนอกขอบเขตเหตุการณ์ของ IMBHs ซึ่งแตกต่างจากสัญญาณวิทยุหรือ X-ray การแผ่รังสีความโน้มถ่วงไม่สูญเสียข้อมูลเมื่อมันเดินทางผ่านพันล้านปีแสงก่อนถึงเรา
ดังนั้นโดยการรวมการสังเกตจากเครื่องตรวจจับ LIGO ซึ่งจับคลื่นความโน้มถ่วงความถี่สูงและเครื่องตรวจจับในอนาคตเช่นภารกิจ LISA ซึ่งจะวัดคลื่นความโน้มถ่วงความถี่ต่ำนักวิจัยหวังที่จะเติมช่องว่างในการทำความเข้าใจหลุมดำในปัจจุบัน
การศึกษาของพวกเขาถูกตีพิมพ์ในวันที่ 18 พฤศจิกายนในวารสาร Nature Astronomy
- รูปภาพ: หลุมดำแห่งจักรวาล
- การชนกันของหลุมดำอาจร้องเพลงเพลงแรงโน้มถ่วงที่แตกต่างกัน
- นำ Symphonic Journey ไปสู่หลุมดำด้วย 'Metacosmos'
