หน้าหลัก › บทความดาราศาสตร์ › รางวัลโนเบล
รางวัลโนเบล

โนเบล 2017: การตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง

Nobel Prize 2017: LIGO and gravitational waves

อัปเดตล่าสุด

หนึ่งร้อยปีหลังไอน์สไตน์ทำนายคลื่นความโน้มถ่วง นักวิทยาศาสตร์ตรวจจับมันได้โดยตรงเป็นครั้งแรกจากหลุมดำสองดวงที่ชนกันห่างไปกว่าพันล้านปีแสง รางวัลโนเบลปี ค.ศ. 2017 มอบให้สามผู้นำที่ทำให้ความสำเร็จนี้เกิดขึ้น

รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปี ค.ศ. 2017 ครึ่งหนึ่งมอบให้ ไรเนอร์ ไวส์ และอีกครึ่งหนึ่งมอบร่วมกันให้ แบร์รี บาริช และ คิป ธอร์น "สำหรับผลงานชี้ขาดต่อเครื่องตรวจวัด LIGO และการสังเกตคลื่นความโน้มถ่วง"

สัญญาณที่เล็กอย่างเหลือเชื่อ

ไอน์สไตน์ทำนายในปี ค.ศ. 1916 ว่ามวลที่เคลื่อนที่เร่งจะส่งระลอกของความโค้งกาลอวกาศออกไปด้วยความเร็วแสง แต่เขาเองก็คิดว่าคงไม่มีวันวัดได้ เพราะผลของมันเล็กมาก เมื่อคลื่นความโน้มถ่วงผ่านมา ระยะห่างระหว่างวัตถุจะยืดและหดเป็นจังหวะ ด้วยสัดส่วนที่เรียกว่าความเครียด h = \Delta L/L ซึ่งสำหรับแหล่งกำเนิดที่ดีที่สุดมีค่าเพียงราว 10⁻²¹

เครื่องตรวจวัด LIGO

ในคริสต์ทศวรรษ 1970 ไวส์วิเคราะห์อย่างละเอียดว่าอินเทอร์เฟอโรมิเตอร์ที่ใช้เลเซอร์สามารถวัดการเปลี่ยนแปลงขนาดนี้ได้ และสัญญาณรบกวนชนิดใดบ้างที่ต้องเอาชนะ ธอร์นเป็นผู้นำทางทฤษฎีว่าแหล่งกำเนิดใดน่าจะตรวจพบได้และสัญญาณควรมีหน้าตาอย่างไร บาริชเข้ามาเป็นผู้อำนวยการโครงการในปี ค.ศ. 1994 และเปลี่ยนโครงการขนาดเล็กให้เป็นความร่วมมือระดับนานาชาติที่มีนักวิทยาศาสตร์กว่าพันคน

LIGO มีสองสถานี ที่รัฐวอชิงตันและรัฐลุยเซียนา ห่างกันราว 3,000 กิโลเมตร แต่ละแห่งมีท่อสุญญากาศยาว 4 กิโลเมตรสองท่อตั้งฉากกัน เลเซอร์สะท้อนไปมาในท่อหลายร้อยครั้ง เมื่อคลื่นความโน้มถ่วงผ่าน แขนหนึ่งยืดขณะที่อีกแขนหด ความยาวของแขนเปลี่ยนไปเพียงราว 4 × 10⁻¹⁸ เมตร

\Delta L = h\,L \approx 10^{-21}\times 4\times 10^{3}\ \mathrm{m} = 4\times 10^{-18}\ \mathrm{m}

เล็กกว่าโปรตอนราวหนึ่งในสองร้อย เพื่อวัดสิ่งนี้ได้ ต้องแยกกระจกออกจากการสั่นของพื้นดิน รถที่วิ่งผ่าน และคลื่นทะเลที่ซัดชายฝั่งห่างไปหลายร้อยกิโลเมตร

GW150914

เมื่อวันที่ 14 กันยายน ค.ศ. 2015 เพียงไม่กี่วันหลังเริ่มเดินเครื่องรุ่นปรับปรุง ทั้งสองสถานีบันทึกสัญญาณเดียวกันห่างกันเจ็ดมิลลิวินาที ความถี่ของคลื่นไล่ขึ้นจากราว 35 เป็น 250 เฮิรตซ์ในเวลาไม่ถึงหนึ่งในห้าวินาที รูปแบบนี้ตรงกับหลุมดำมวลราว 36 และ 29 เท่าของดวงอาทิตย์ที่หมุนเข้าหากันแล้วรวมเป็นหลุมดำมวลราว 62 เท่า มวลส่วนต่างราวสามเท่าของดวงอาทิตย์ถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานของคลื่นความโน้มถ่วงในเสี้ยววินาที ในช่วงสูงสุดมีกำลังมากกว่าแสงจากดาวทุกดวงในเอกภพที่สังเกตได้รวมกัน เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นเมื่อราว 1,300 ล้านปีก่อน

หลังจากนั้น

ปัจจุบันเครือข่าย LIGO Virgo และ KAGRA ตรวจพบการชนกันของหลุมดำและดาวนิวตรอนแล้วหลายร้อยครั้ง รวมถึงการชนกันของดาวนิวตรอนในปี ค.ศ. 2017 ที่สังเกตเห็นได้ทั้งในคลื่นความโน้มถ่วงและแสง คลื่นความโน้มถ่วงจึงกลายเป็นหน้าต่างใหม่ในการมองเอกภพ

เปิดในเว็บไซต์ NewTutorAstronomy ›

คำศัพท์ในบทความนี้

บทความที่เกี่ยวข้อง