คลื่นความโน้มถ่วง

ตอนนี้นักวิจัยของมหาวิทยาลัย Northwestern แนะนำให้มองหาสถานที่ใหม่ที่คาดไม่ถึงและยังไม่ได้สำรวจเลย: รังไหมที่มีพลังและปั่นป่วนของเศษเล็กเศษน้อยที่ล้อมรอบดาวฤกษ์มวลมากที่กำลังจะตาย นับเป็นครั้งแรกที่นักวิจัยใช้การจำลองที่ทันสมัยเพื่อแสดงให้เห็นว่ารังไหมเหล่านี้สามารถปล่อยคลื่นความโน้มถ่วงได้ คลื่นความโน้มถ่วงของรังไหมควรอยู่ในย่านความถี่ที่ Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ตรวจจับได้ ซึ่งแตกต่างจากการพุ่งออกมาของรังสีแกมมา “ณ วันนี้ LIGO ตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงจากระบบดาวคู่เท่านั้น แต่วันหนึ่งมันจะตรวจพบแหล่งที่มาของคลื่นความโน้มถ่วงที่ไม่ใช่ระบบสองทางเป็นครั้งแรก” Ore Gottlieb แห่ง Northwestern ซึ่งเป็นผู้นำการศึกษากล่าว "รังไหมเป็นหนึ่งในสถานที่แรกๆ ที่เราควรมองหาแหล่งที่มาประเภทนี้" Gottlieb จะนำเสนองานวิจัยนี้ในระหว่างการแถลงข่าวเสมือนจริงในการประชุมครั้งที่ 242 ของ American Astronomical Society "การตายของดาวฤกษ์แบบเจ็ตและปั่นป่วน: แหล่งกำเนิดคลื่นความโน้มถ่วงที่ตรวจพบได้ใหม่จาก LIGO" จะมีขึ้นในวันจันทร์ที่ 5 มิถุนายน โดยเป็นส่วนหนึ่งของเซสชันเรื่อง "การค้นพบในกาแล็กซีอันห่างไกล" Gottlieb เป็นสมาชิกของ CIERA ที่ศูนย์การสำรวจและวิจัยสหวิทยาการทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ทางตะวันตกเฉียงเหนือของ Northwestern (CIERA) ผู้เขียนร่วมทางตะวันตกเฉียงเหนือของการศึกษา ได้แก่ ศาสตราจารย์ Vicky Kalogera และ Alexander Tchekovskoy ผู้ร่วมวิจัยหลังปริญญาเอก Sharan Banagiri และ Jonatan Jacquemin-Ide และนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Nick Kaaz แหล่งที่มาใหม่คือ 'เป็นไปไม่ได้ที่จะเพิกเฉย' ในการดำเนินการศึกษา Gottlieb และผู้ร่วมงานของเขาใช้การจำลองที่ทันสมัยเพื่อจำลองการยุบตัวของดาวฤกษ์มวลมาก เมื่อดาวฤกษ์มวลมากยุบตัวเป็นหลุมดำ พวกมันอาจสร้างการไหลของอนุภาค (หรือไอพ่น) อันทรงพลังที่เดินทางเข้าใกล้ความเร็วแสง การจำลองของ Gottlieb จำลองกระบวนการนี้ ตั้งแต่เวลาที่ดาวยุบตัวเป็นหลุมดำจนกระทั่งไอพ่นหลุดออกไป ในขั้นต้น เขาต้องการดูว่าจานสะสมมวลที่ก่อตัวรอบหลุมดำสามารถปล่อย คลื่นความโน้มถ่วง ที่ตรวจจับได้หรือไม่ แต่มีบางสิ่งที่ไม่คาดคิดโผล่ออกมาจากข้อมูลของเขา Gottlieb กล่าวว่า "เมื่อฉันคำนวณคลื่นความโน้มถ่วงจากบริเวณใกล้เคียงของหลุมดำ ฉันพบแหล่งอื่นที่รบกวนการคำนวณของฉัน นั่นคือรังไหม" Gottlieb กล่าว "ฉันพยายามเพิกเฉย แต่พบว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะเพิกเฉย จากนั้นฉันก็รู้ว่ารังไหมเป็นแหล่งกำเนิดคลื่นความโน้มถ่วงที่น่าสนใจ" เมื่อไอพ่นชนเข้ากับชั้นที่ยุบตัวของดาวฤกษ์ที่กำลังจะตาย ฟองอากาศหรือ "รังไหม" จะก่อตัวขึ้นรอบไอพ่น รังไหมเป็นสถานที่ที่ปั่นป่วนซึ่งก๊าซร้อนและเศษเล็กเศษน้อยจะผสมกันแบบสุ่มและขยายตัวออกไปทุกทิศทางจากเครื่องบิน เมื่อฟองพลังเร่งความเร็วออกจากไอพ่น มันจะรบกวนกาลอวกาศเพื่อสร้างระลอกคลื่นความโน้มถ่วง Gottlieb อธิบาย Gottlieb กล่าวว่า "เครื่องบินลำหนึ่งเริ่มบินลึกเข้าไปในดาวฤกษ์ แล้วเจาะทางออกเพื่อหลบหนี" Gottlieb กล่าว "มันเหมือนกับเมื่อคุณเจาะรูเข้าไปในผนัง ดอกสว่านหมุนไปกระทบผนังและเศษหินกระเด็นออกมาจากผนัง ดอกสว่านให้พลังงานแก่วัตถุนั้น ในทำนองเดียวกัน เครื่องบินไอพ่นจะเจาะผ่านดาวฤกษ์ ทำให้วัสดุของดาวร้อนขึ้น ขึ้นและไหลออกมา เศษผงนี้ก่อตัวเป็นชั้นร้อนของรังไหม” คำกระตุ้นการตัดสินใจเพื่อดูรังไหม หากรังไหมสร้างคลื่นความโน้มถ่วง LIGO น่าจะตรวจจับพวกมันได้ในการวิ่งที่กำลังจะเกิดขึ้น Gottlieb กล่าว โดยทั่วไปแล้ว นักวิจัยจะค้นหาคลื่นความโน้มถ่วงจากแหล่งเดียวจากการระเบิดของรังสีแกมมาหรือซูเปอร์โนวา แต่นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์สงสัยว่า LIGO สามารถตรวจจับสิ่งเหล่านั้นได้ "ทั้งไอพ่นและซุปเปอร์โนวาเป็นการระเบิดที่มีพลังมาก" Gottlieb กล่าว "แต่เราสามารถตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงจากการระเบิดแบบไม่สมมาตรที่มีความถี่สูงกว่าเท่านั้น ซูเปอร์โนวาค่อนข้างเป็นทรงกลมและสมมาตร ดังนั้นการระเบิดทรงกลมจึงไม่เปลี่ยนการกระจายมวลที่สมดุลในดาวเพื่อปล่อยคลื่นความโน้มถ่วง การระเบิดของรังสีแกมมาคงอยู่หลายสิบวินาที ดังนั้น ความถี่น้อยมาก -- ต่ำกว่าย่านความถี่ที่ LIGO ไวต่อ" Gottlieb ขอให้นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์เปลี่ยนความสนใจไปที่รังไหม ซึ่งมีทั้งรังที่ไม่สมส่วนและมีพลังสูง "การศึกษาของเราเป็นการเรียกร้องให้ชุมชนหันมามองว่ารังไหมเป็นแหล่งที่มาของคลื่นความโน้มถ่วง" เขากล่าว "เรายังรู้ว่ารังไหมปล่อยรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา ดังนั้นพวกมันจึงอาจเป็นเหตุการณ์ที่ส่งสารหลายอย่างได้ จากการศึกษาพวกมัน เราสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นในส่วนลึกสุดของดาวฤกษ์ คุณสมบัติของไอพ่น และความชุกของพวกมันในการระเบิดของดาวฤกษ์"