ย้อนกลับไปในปี 2560 คลื่นความโน้มถ่วงดังกึกก้องไปทั่วโลกราวกับเสียงระฆัง มันขยายและบีบทุกคนเครื่องมือมดและวิทยาศาสตร์บนโลกเมื่อมันผ่านพื้นที่ของเรา ตอนนี้นักวิจัยได้ย้อนกลับไปและศึกษาคลื่นนั้นและพบข้อมูลที่ซ่อนอยู่ในนั้น - ข้อมูลที่ช่วยยืนยันความคิดทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์อายุหลายสิบปี
คลื่นในปี 2560 นั้นเป็นเรื่องใหญ่: เป็นครั้งแรกที่นักดาราศาสตร์มีเครื่องมือที่สามารถตรวจจับและบันทึกเมื่อมันผ่านไปซึ่งรู้จักกันในชื่อ Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) คลื่นลูกแรกนั้นเป็นผลลัพธ์พวกเขาพบว่ามีหลุมดำสองหลุมชนกันในอวกาศ และตอนนี้ทีมนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ได้ทำการตรวจสอบการบันทึกอีกครั้งและพบว่ามีบางสิ่งที่คนอื่นคิดว่าจะต้องใช้เวลาหลายสิบปีในการเปิดเผย: การยืนยันที่แม่นยำของ "ทฤษฎีบทที่ไม่มีผม" แง่มุมที่สำคัญของทฤษฎีหลุมดำนี้มีมาตั้งแต่สมัยทศวรรษ 1970 เป็นทฤษฎีบทที่สตีเฟ่นฮอว์คิงสงสัยอย่างมาก
เมื่อนักฟิสิกส์บอกว่าหลุมดำไม่มี "ผม" Maximiliano Isi นักฟิสิกส์จาก MIT และนักเขียนนำกระดาษกล่าวว่าพวกเขาหมายความว่าวัตถุทางดาราศาสตร์นั้นง่ายมาก หลุมดำต่างกันเพียงสามทางเท่านั้น: อัตราการหมุนมวลและประจุไฟฟ้า และในโลกแห่งความเป็นจริงหลุมดำอาจไม่ได้มีประจุไฟฟ้ามากนักดังนั้นมันจึงมีความแตกต่างกันในเรื่องของมวลและการหมุน นักฟิสิกส์เรียกวัตถุหัวโล้นเหล่านี้ว่า "หลุมดำเคอร์"
ความไร้ขนนั้นทำให้หลุมดำแตกต่างอย่างมากจากวัตถุอื่น ๆ ในเอกภพ Isi กล่าวกับ Live Science ยกตัวอย่างเช่นเมื่อเสียงกระดิ่งดังขึ้นมันจะปล่อยคลื่นเสียงและคลื่นความโน้มถ่วงที่ไม่สามารถตรวจจับได้ แต่มันเป็นวัตถุที่ซับซ้อนกว่ามาก ระฆังทำจากวัสดุเช่น (อาจจะเป็นสีบรอนซ์หรือเหล็กหล่อ) ในขณะที่ตามแบบไม่มีผมหลุมดำเป็นเอกพจน์เหมือนกันทั้งหมด กระดิ่งแต่ละตัวมีรูปร่างที่ไม่เหมือนใครในขณะที่หลุมดำนั้นเป็นจุดเล็ก ๆ ที่ไร้มิติในพื้นที่ที่ล้อมรอบด้วยขอบฟ้าเหตุการณ์ทรงกลม คุณลักษณะทั้งหมดของระฆังสามารถตรวจพบได้ในเสียงที่ระฆังทำ - อย่างน้อยถ้าคุณรู้อะไรเกี่ยวกับระฆังและคลื่นเสียง หากคุณรู้สึกถึงคลื่นความโน้มถ่วงของระฆังคุณจะตรวจจับความแตกต่างเหล่านั้นในองค์ประกอบของระฆังและรูปร่างในนั้นเช่นกัน Isi กล่าว
"ความลับของธุรกิจนี้ทั้งหมดคือรูปแบบของคลื่น - รูปแบบของการยืดและบีบ - เข้ารหัสข้อมูลเกี่ยวกับแหล่งกำเนิดสิ่งที่ทำให้คลื่นความโน้มถ่วงนี้" เขากล่าวกับ Live Science
และนักดาราศาสตร์ที่ศึกษาคลื่น 2017 ได้เรียนรู้อย่างมากเกี่ยวกับการชนของหลุมดำที่เกิดขึ้นแล้วอิซี่กล่าว
แต่การอัดเสียงนั้นไม่ได้รายละเอียดมากนัก LIGO เครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงที่ดีที่สุดในโลกใช้เลเซอร์ในการวัดระยะห่างระหว่างกระจกเรียงกัน 2.5 ไมล์ (4 กิโลเมตร) ในรูปแบบ L ในรัฐวอชิงตัน (กันย์ผู้ตรวจจับที่คล้ายกันก็หยิบคลื่นขึ้นมาในอิตาลีด้วย) เมื่อคลื่นม้วนตัวเหนือ LIGO มันทำให้เวลาในอวกาศแปรปรวนและแปรเปลี่ยนระยะทางนั้นเล็กน้อย แต่รายละเอียดของคลื่นความโน้มถ่วงนั้นไม่รุนแรงพอที่เครื่องตรวจจับจะทำการบันทึกไอซีกล่าว
“ แต่มันเหมือนว่าเราฟังจากที่ไกลมาก” อิซี่กล่าว
ในเวลานั้นคลื่นนั้นให้ข้อมูลจำนวนมาก หลุมดำประพฤติตัวตามที่คาดไว้ ไม่มีหลักฐานที่ชัดเจนว่ามันไม่มีขอบฟ้าเหตุการณ์ (บริเวณที่ไม่มีแสงส่องผ่านได้) และมันไม่เบี่ยงเบนไปจากทฤษฎีบทที่ไม่มีขนอย่างมาก Isi กล่าว
แต่นักวิจัยไม่สามารถมั่นใจได้ในหลาย ๆ ประเด็นโดยเฉพาะอย่างยิ่งทฤษฎีที่ไม่มีผม ส่วนที่ง่ายที่สุดของรูปแบบของคลื่นที่ใช้ในการศึกษาคืออีซี่กล่าวว่าเกิดขึ้นหลังจากที่หลุมดำทั้งสองนั้นรวมกันเป็นหลุมดำขนาดใหญ่กว่าหนึ่งหลุม มันยังคงดังอยู่ครู่หนึ่งเหมือนกระดิ่งที่ส่งพลังงานส่วนเกินของมันไปยังอวกาศเป็นคลื่นความโน้มถ่วงสิ่งที่นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์เรียกกระบวนการ "ลดลง"
ในขณะนั้นนักวิจัยกำลังดูข้อมูล LIGO พบรูปคลื่นเพียงหนึ่งรูปแบบในการลดลง นักวิจัยคิดว่าต้องใช้เวลาหลายสิบปีในการพัฒนาเครื่องมือที่มีความละเอียดอ่อนมากพอที่จะรับสัญญาณที่เงียบกว่าในเสียงเรียกเข้า แต่หนึ่งในเพื่อนร่วมงานของ Isi คือ Matt Giesler นักฟิสิกส์จาก California Institute of Technology ทราบว่ามีช่วงเวลาสั้น ๆ หลังจากการปะทะที่ซึ่ง ringdown นั้นรุนแรงพอที่ LIGO จะบันทึกรายละเอียดมากกว่าปกติ และในช่วงเวลาดังกล่าวคลื่นก็ดังพอที่ LIGO หยิบเสียง overtone - คลื่นลูกที่สองที่ความถี่แตกต่างกันมากเหมือนกับโน้ตตัวที่สองที่จาง ๆ ซึ่งมีเสียงระฆังกระดก
ในเครื่องดนตรี overtones นำข้อมูลส่วนใหญ่ที่ให้เครื่องดนตรีเสียงที่โดดเด่นของพวกเขา เช่นเดียวกับความเป็นจริงของคลื่นความโน้มถ่วงเขากล่าว และการโอเวอร์โทนที่เพิ่งเปิดใหม่นี้ได้ชี้แจงข้อมูลในหลุมดำที่ดังขึ้นอย่างมาก
เขาแสดงให้เห็นว่าอย่างน้อยหลุมดำนั้นใกล้กับหลุมดำเคอร์มาก ทฤษฎีที่ไม่มีผมสามารถใช้ในการทำนายสิ่งที่ overtone จะมีลักษณะ; Isi และทีมของเขาแสดงให้เห็นว่าเสียง overtone ค่อนข้างตรงกับคำทำนายนั้นมาก อย่างไรก็ตามการบันทึกเสียงโอเวอร์โทนไม่ชัดเจนดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่น้ำเสียงจะค่อนข้างแตกต่าง - ประมาณ 10% - จากทฤษฎีที่จะทำนาย ...
เพื่อให้ได้ระดับความแม่นยำที่เกินกว่าระดับนั้นเขากล่าวว่าคุณจะต้องแยกเสียงที่ชัดเจนจากรูปคลื่นของการชนของหลุมดำหรือสร้างเครื่องมือที่ไวกว่า LIGO Isi กล่าว
“ ฟิสิกส์เป็นเรื่องเกี่ยวกับการเข้าใกล้เข้ามาอย่างใกล้ชิด” Isi กล่าว "แต่คุณไม่สามารถแน่ใจได้"
อาจเป็นไปได้ว่าสัญญาณจาก overtone นั้นไม่ใช่ของจริง แต่เกิดขึ้นโดยบังเอิญเพราะความผันผวนของข้อมูล พวกเขารายงานว่า "มั่นใจ3.6σ" ในการดำรงอยู่ของ overtone นั่นหมายความว่ามีโอกาสประมาณ 1 ใน 6,300 ที่การโอเวอร์โทนไม่ใช่สัญญาณจริงจากหลุมดำ
เมื่อเครื่องมือพัฒนาและตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงมากขึ้นตัวเลขเหล่านี้ทั้งหมดควรมีความมั่นใจและแม่นยำยิ่งขึ้น LIGO ได้รับการอัพเกรดแล้วซึ่งทำให้การตรวจจับการชนของหลุมดำเป็นไปตามปกติ การอัพเกรดอื่นที่วางแผนไว้สำหรับช่วงกลางปี 2020 ควรเพิ่มความไวของมันเป็นสิบเท่าตามที่ระบุในโลกฟิสิกส์ เมื่อมีการเปิดตัวเสาอากาศอวกาศเลเซอร์ (LISA) ในช่วงกลางปีพ. ศ. 2573 นักดาราศาสตร์ควรจะสามารถยืนยันหลุมดำที่ไม่มีขนในระดับที่แน่นอนได้ในปัจจุบัน
อย่างไรก็ตาม Isi กล่าวว่าเป็นไปได้เสมอที่หลุมดำจะไม่หัวล้านอย่างสมบูรณ์ - พวกเขาอาจมีลูกพีชควอนตัมบางตัวที่อ่อนนุ่มและสั้นเกินไปที่เครื่องมือของเราจะหยิบขึ้นมา
