คํ่าคืนวันที่ 28 กันยายนที่ผ่านมา นักฟิสิกส์ และนักดาราศาสตร์ทั่วโลก แทบจะนั่งไม่ติด นอนไม่หลับ เมื่อได้ทราบข่าวอันน่าตื่นเต้นที่สุดในชีวิตก็ว่าได้ ว่าด้วยเรื่องการเจอคลื่นความโน้มถ่วง ครั้งที่ 4 โดยทีมนักฟิสิกส์แห่ง LIGO และ VIRGO แถลงข่าวการตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วง GW170814 ซึ่งเป็นคลื่นความโน้มถ่วงที่เกิดจากการรวมตัวกันของหลุมดำคู่
นับเป็นครั้งแรกที่สามารถตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงจากเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง 3 เครื่อง ทำให้สามารถหาตำแหน่งแหล่งกำเนิดคลื่นความโน้มถ่วงได้อย่างแม่นยำ
นอกจากนี้ ยังช่วยให้สามารถศึกษาปรากฏการณ์โพราไรเซชันของคลื่นความโน้มถ่วง เพื่อนำไปยืนยันทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ได้
หลายคนตั้งคำถามว่า คลื่นความโน้มถ่วงคืออะไร และเจอมา 4 ครั้งแล้ว ทำไมยังต้องตื่นเต้นกันอีก
วิมุติ วสะหลาย กรรมการฝ่ายวิชาการสมาคมดาราศาสตร์ไทยไขปริศนาว่า คลื่นความโน้มถ่วง คือ ระลอกความเปลี่ยนแปลงทางโครงสร้างของปริภูมิเวลาที่แผ่ออกไปในอวกาศคล้ายแสง
แต่คลื่นความโน้มถ่วงไม่ใช่แสง ไม่ใช่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า แม้จะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสงก็ตาม
คลื่นความโน้มถ่วงเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นได้ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ซึ่งกล่าวไว้ในปี พ.ศ.2458 ว่า คลื่นลึกลับนี้ยังคงหลบหลีกสายตาของนักวิทยาศาสตร์ ไม่เคยมีใครตรวจวัดคลื่นนี้ได้ แม้ตัวทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปได้รับการพิสูจน์จากการทดลองนานารูปแบบหลายสิบครั้งแล้วว่าถูกต้อง แต่สำหรับการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงอันแสนแผ่วเบานี้ เป็นเรื่องที่แม้แต่เจ้าของทฤษฎีก็ยังเคยแสดงความไม่แน่ใจว่าจะตรวจพบได้จริง
ปรากฏการณ์ที่ทำให้เกิดคลื่นความโน้มถ่วงได้ต้องมีวัตถุขนาดใหญ่มากๆ มีปริมาณมวลแน่นมากๆ เคลื่อนที่ชนกัน โดยคลื่นความโน้มถ่วงจะเกิดขึ้นในขณะที่วัตถุมีความเร็วสูงสุดก่อนที่จะชนกัน แต่การเกิดคลื่นความโน้มถ่วงนั้นไม่ได้มีแต่วัตถุระดับดาวฤกษ์ชนกันเท่านั้น การระเบิดของดาวฤกษ์ หรือแม้แต่การเกิดบิ๊กแบงเองก็แผ่คลื่นความโน้มถ่วงเช่นกันแต่ความถี่ของคลื่นจะแตกต่างกันไป ระบบตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงระบบใดระบบหนึ่งก็มีย่านความถี่ตอบสนองเฉพาะตัว
หากหลุมดำยักษ์ใจกลางดาราจักรชนกัน จะแผ่คลื่นความโน้มถ่วงที่มีความถี่ต่ำกว่าเสียงฮัมของปลาวาฬนับหมื่นเท่า ซึ่งต่ำเกินกว่าที่ไลโกจะตรวจจับได้
ทั้งนี้ ไลโกถูกออกแบบมาเพื่อตรวจจับคลื่นที่มีความถี่ 30-7000 เฮิรตซ์ ซึ่งวัตถุที่ทำให้เกิดคลื่นในย่านนี้ก็คือดาวนิวตรอนหรือหลุมดำนั่นเอง
สิ่งที่นักวิทยาศาสตร์รอคอยมานานกับการตรวจวัดคลื่นความโน้มถ่วงอย่างเป็นรูปธรรมจริงจัง ได้เกิดขึ้นเมื่อวันที่ 14 กันยายน 2558 หรือตรงกับเวลา 16.51 น.ตามเวลาประเทศไทย เมื่อสถานีไลโก ซึ่งเป็นหอสังเกตการณ์ที่สร้างขึ้นเพื่อตรวจจับคลื่นแรงโน้มถ่วงโดยเฉพาะ ในลิฟวิงสตัน สหรัฐอเมริกา ตรวจวัดสัญญาณการกระเพื่อม คลื่นความโน้มถ่วงได้แล้ว หลังจากนั้นอีก 7 มิลลิวินาที (7 ใน 1,000 ส่วนของวินาที) สถานีที่แฮนฟอร์ดก็ได้รับสัญญาณที่มีรูปแบบเกือบจะเหมือนกัน
รูปแบบการกระเพื่อมที่ไลโกตรวจวัดได้ ตรงกับรูปแบบการกระเพื่อมที่ทฤษฎีว่าไว้พอดี เป็นหลักฐานที่หนักแน่นชัดเจนว่าสิ่งที่ไลโกตรวจวัดได้นั้นคือคลื่นความโน้มถ่วงจากอวกาศจริง
จากการวิเคราะห์คลื่นความโน้มถ่วงที่ตรวจวัดได้ นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าเกิดจากหลุมดำสองดวงชนกัน
ดวงหนึ่งมีมวล 36 มวลสุริยะ อีกดวงหนึ่งมีมวล 29 มวลสุริยะ
หลังจากการชนหลุมดำทั้งสองได้รวมกันเป็นหลุมดำดวงเดียวที่มีมวล 62 มวลสุริยะ ส่วนมวล 3 มวลสุริยะที่หายไปได้กลายไปเป็นพลังงานที่สร้างคลื่นความโน้มถ่วง
การคำนวณพบว่า พลังงานที่แผ่ออกมาในรูปคลื่นความโน้มถ่วงในเสี้ยววินาทีก่อนการชนนั้น รุนแรงมากถึง 50 เท่าของพลังงานที่มีอยู่ในส่วนที่เหลือของเอกภพทั้งหมดรวมกัน
ไลโกมีสถานีตรวจวัดเพียงสองแห่ง จึงบอกไม่ได้ว่าแหล่งที่มาของคลื่นแรงโน้มถ่วงนั้นมาจากที่ใดกันแน่ บอกได้เพียงทิศทางคร่าวๆ ที่มีขนาด 600 ตารางองศาบนท้องฟ้า ใกล้ตำแหน่งของเมฆแมเจลแลนใหญ่
การระบุระยะห่างของแหล่งกำเนิดก็ยังเป็นเรื่องพ้นวิสัยเช่นกัน ไลโกบอกได้เพียงว่าแหล่งนั้นน่าจะอยู่ห่างจากโลกระหว่าง 700 ล้านปีแสงถึง 1.6 พันล้านปีแสง แม้จะยังระบุแหล่งกำเนิดแน่ชัดไม่ได้ แต่แหล่งกำเนิดคลื่นนี้ก็มีชื่อเรียกแล้วว่า จีดับเบิลยู 150914 (GW150914)
วันที่ 25 ธันวาคม 2558 และ 4 มกราคม 2560 ไลโกก็ตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงอีกครั้ง
ความพิเศษสุดๆ เกี่ยวกับการตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงครั้งที่ 4 เกิดขึ้นเมื่อวันที่ 14 สิงหาคม 2560 เวลา 17.30.43 น. ตามเวลาประเทศไทย โดยเครื่องตรวจจับ Advanced LIGO ณ เมือง Livingston สหรัฐอเมริกา เป็นเครื่องตรวจจับแรกที่ตรวจวัดสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงได้ และในอีก 6 มิลลิวินาทีต่อมา เครื่องตรวจจับ Advanced LIGO ณ เมือง Hanford สหรัฐอเมริกา ก็สามารถตรวจวัดสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงเดียวกันได้
ไม่เพียงเท่านั้น หลังจากนั้นเพียง 6 มิลลิวินาที เครื่องตรวจจับ Advanced Virgo ที่เวอร์โก ซึ่งอยู่อีกซีกโลกหนึ่ง ณ เมือง Cascina ประเทศอิตาลี ก็สามารถตรวจวัดคลื่นความโน้มถ่วงเดียวกันได้
นับเป็นการตรวจวัดคลื่นความโน้มถ่วงแรกของเครื่องตรวจจับ Advanced Virgo
เป็นที่มาของการออกแถลงข่าวอย่างเป็นทางการเมื่อวันที่ 28 กันยายน อันเป็นเหตุให้นักฟิสิกส์และนักดาราศาสตร์ทั่วโลกนั่งไม่ติด เพราะความตื่นเต้นนั่นเอง
วิมุติบอกว่า ความพิเศษของการตรวจพบครั้งที่ 4 นั้น มี 2 ประการ คือ 1.เป็นเพราะการตรวจพบครั้งนี้เป็นการตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงได้ จากหอสังเกตการณ์ 3 แห่งพร้อมกัน คือ ไลโก 2 แห่ง และเวอร์โก ประเทศอิตาลี 2.การตรวจพบครั้งนี้สามารถระบุตำแหน่งต้นกำเนิดคลื่นได้แม่นยำยิ่งขึ้นเป็น 10 เท่า รวมทั้งสามารถรับรู้ทิศทางการหันทิศของการโคจรของหลุมดำได้แม่นยำยิ่งขึ้นนั่นเอง
ท่ามกลางความน่าตื่นเต้นของการค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงเป็นครั้งแรก คนส่วนใหญ่อาจไม่ทันสังเกตว่าในการค้นพบครั้งเขย่าโลกเรื่องนี้ ยังมีการค้นพบที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งพ่วงมาด้วย นั่นคือนี่ก็เป็นครั้งแรกที่มีการค้นพบหลุมดำคู่
หลุมดำที่มีมวลระดับดาวฤกษ์เกิดจากดาวฤกษ์มวลสูงที่สิ้นอายุขัย เมื่อดาวฤกษ์วิวัฒน์ไปถึงจุดหนึ่ง เชื้อเพลิงของปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เป็นแหล่งพลังงานของดาวฤกษ์หมดไป เมื่อปฏิกิริยานิวเคลียร์หยุดลง แรงดันจากภายในดาวจะต้านมวลของตัวเองไม่ไหว ดาวจะยุบตัวลงไปสู่จุดเล็กๆ ที่มีความหนาแน่นมหาศาล กลายเป็นวัตถุจอมเขมือบที่ดูดกลืนทุกสิ่งที่เข้าใกล้ไม่เว้นแม้แต่แสง เรียกว่า หลุมดำ
หลุมดำเดี่ยวไม่ใช่เรื่องแปลก นักดาราศาสตร์ค้นพบหลุมดำมวลระดับดาวฤกษ์ที่อยู่อย่างโดดๆ มาแล้วไม่น้อย แต่ไม่เคยพบหลุมดำคู่เลย บนท้องฟ้ามีดาวฤกษ์คู่มากมาย หลุมดำคู่ก็น่าจะมีอยู่จริงด้วย แต่ก็ไม่เคยมีใครพบเห็นหลุมดำคู่ไม่ว่าจะเป็นทางตรงหรือทางอ้อม
หลุมดำเดี่ยวยังมีโอกาสถูกตรวจจับและศึกษาได้ แม้หลุมดำเองจะไม่เปล่งแสงใดๆ ออกมา แต่เมื่อหลุมดำกลืนกินสสาร สสารที่กำลังไหลวนลงสู่หลุมดำจะร้อนมากจนแผ่รังสีออกมาให้ตรวจจับได้ แต่กรณีของหลุมดำคู่ไม่เป็นเช่นนั้น เนื่องจากพลวัตของระบบหลุมดำคู่มีความปั่นป่วนอลหม่านมาก จึงเป็นการยากมากที่ระบบเช่นนี้จะมีสสารนอกหลุมดำอยู่บริเวณใกล้เคียงที่จะมาป้อนให้แก่หลุมดำ
หลุมดำที่ไม่มีสสารให้กลืน จะเป็นหลุมดำที่มืดสนิท การศึกษาหรือค้นหาระบบหลุมดำคู่ด้วยกล้องโทรทรรศน์ทั่วไปจึงแทบเป็นไปไม่ได้ เพราะหลุมดำคู่ที่โคจรรอบกันเองจะไม่มีสิ่งใดแผ่ออกมาให้เห็นหรือตรวจจับได้เลย นอกจากคลื่นความโน้มถ่วง
หากไม่มีเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงอย่างไลโก นักวิทยาศาสตร์จะไม่มีทางศึกษาหลุมดำคู่ได้เลย
การค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงและหลุมดำคู่ของไลโกในครั้งนี้ จึงเป็นการค้นพบปรากฏการณ์สองสิ่งที่สนับสนุนต่อกัน นั่นคือ หลุมดำคู่ช่วยพิสูจน์ว่ามีคลื่นความโน้มถ่วงอยู่จริง และการที่พบคลื่นความโน้มถ่วงก็พิสูจน์ว่ามีหลุมดำคู่อยู่จริง
มองออกไปรอบๆ ตัว มองออกไปรอบโลก มองออกไปนอกโลก นอกจักรวาล มีดวงดาว มีหลุมดำ มีอะไรที่ไม่รู้อีกมากมาย มองที่ตัวเรา ตัวเราเล็กนิดเดียว…
