คลื่นความโน้มถ่วง

ระลอกคลื่นขนาดปีแสงเหล่านี้เป็นผลมาจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ แทรกซึมอยู่ในกาลอวกาศทั้งหมด และอาจเกิดขึ้นจากการรวมตัวกันของหลุมดำมวลมากที่สุดในจักรวาลหรือจากเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นหลังจากการก่อตัวของเอกภพในบิกแบงไม่นาน . นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นหาหลักฐานที่ชัดเจนของสัญญาณเหล่านี้มาเป็นเวลาหลายสิบปีแล้ว International Pulsar Timing Array (IPTA) ซึ่งทำงานร่วมกับความร่วมมือทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์หลายแห่งจากทั่วโลก เพิ่งเสร็จสิ้นการค้นหาคลื่นความโน้มถ่วงในการเปิดเผยข้อมูลอย่างเป็นทางการล่าสุด ซึ่งรู้จักกันในชื่อ Data Release 2 (DR2) ชุดข้อมูลนี้ประกอบด้วยข้อมูลการกำหนดเวลาที่แม่นยำจากพัลซาร์ 65 มิลลิวินาที ซึ่งเป็นเศษซากของดาวฤกษ์ที่หมุนรอบหลายร้อยครั้งต่อวินาที การกวาดลำคลื่นวิทยุแบบแคบซึ่งปรากฏเป็นพัลส์เนื่องจากการหมุน ซึ่งได้มาจากการรวมชุดข้อมูลอิสระจาก IPTA สมาชิกผู้ก่อตั้งสามคน: European Pulsar Timing Array (EPTA), North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav) และ Parkes Pulsar Timing Array ในออสเตรเลีย (PPTA) ข้อมูลที่รวมกันเหล่านี้แสดงหลักฐานที่ชัดเจนสำหรับสัญญาณความถี่ต่ำพิเศษที่ตรวจพบโดยพัลซาร์จำนวนมากในข้อมูลที่รวมกัน ลักษณะของสัญญาณทั่วไประหว่างพัลซาร์นี้อยู่ในข้อตกลงกว้างๆ กับสัญญาณที่คาดหวังจาก "พื้นหลัง" ของคลื่นความโน้มถ่วง พื้นหลังของคลื่นความโน้มถ่วงเกิดจากสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงที่ซ้อนทับกันที่แตกต่างกันจำนวนมากที่ปล่อยออกมาจากประชากรจักรวาลของหลุมดำคู่มวลมหาศาล (กล่าวคือ หลุมดำมวลมหาศาลสองหลุมที่โคจรรอบกันและกันและในที่สุดก็รวมตัวกัน) คล้ายกับเสียงพื้นหลังจากเสียงที่ทับซ้อนกันจำนวนมากใน ห้องโถงแออัด ผลลัพธ์นี้ช่วยเสริมสร้างสัญญาณที่คล้ายคลึงกันอย่างค่อยเป็นค่อยไปซึ่งพบในชุดข้อมูลแต่ละชุดของการร่วมมือจับเวลาพัลซาร์ที่เข้าร่วมในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ศาสตราจารย์อัลแบร์โต เวคคิโอ ผู้อำนวยการสถาบันดาราศาสตร์คลื่นความโน้มถ่วงแห่งมหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮม และเป็นสมาชิกของ EPTA กล่าวว่า "การตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงจากกลุ่มดาวคู่มวลมากของหลุมดำหรือจากแหล่งจักรวาลอื่นจะทำให้เราได้รับข้อมูลเชิงลึกอย่างที่ไม่เคยปรากฏมาก่อน ว่ากาแลคซีก่อตัวและเติบโตอย่างไร หรือกระบวนการทางจักรวาลที่เกิดขึ้นในเอกภพแรกเกิด จำเป็นต้องมีความพยายามในระดับนานาชาติในระดับ IPTA เพื่อบรรลุเป้าหมายนี้ และอีกไม่กี่ปีข้างหน้าอาจทำให้เราเป็นยุคทองสำหรับการสำรวจจักรวาลเหล่านี้ " "นี่เป็นสัญญาณที่น่าตื่นเต้นมาก! แม้ว่าเราจะยังไม่มีหลักฐานที่ชัดเจน แต่เราอาจเริ่มตรวจพบพื้นหลังของ คลื่นความโน้มถ่วง " ดร. Siyuan Chen สมาชิกของ EPTA และ NANOGrav และผู้นำของ IPTA DR2 กล่าว ค้นหาและเผยแพร่ ดร. บอริส กอนชารอฟ จาก PPTA เตือนเกี่ยวกับการตีความที่เป็นไปได้ของสัญญาณทั่วไปดังกล่าว: "เรากำลังพิจารณาว่าสัญญาณนี้อาจเป็นอะไรได้อีก ตัวอย่างเช่น บางทีมันอาจจะเป็นผลมาจากสัญญาณรบกวนที่มีอยู่ในข้อมูลของพัลซาร์แต่ละดวงที่อาจได้รับ สร้างแบบจำลองที่ไม่เหมาะสมในการวิเคราะห์ของเรา" ในการระบุพื้นหลังของคลื่นความโน้มถ่วงที่เป็นต้นกำเนิดของสัญญาณความถี่ต่ำพิเศษนี้ IPTA จะต้องตรวจจับความสัมพันธ์เชิงพื้นที่ระหว่างพัลซาร์ด้วย ซึ่งหมายความว่าพัลซาร์แต่ละคู่ต้องตอบสนองต่อคลื่นความโน้มถ่วงในลักษณะเฉพาะเจาะจง ขึ้นอยู่กับการแยกตัวออกจากกันบนท้องฟ้า ความสัมพันธ์ที่เป็นเอกลักษณ์ระหว่างคู่พัลซาร์เหล่านี้คือ "ปืนสูบบุหรี่" สำหรับการตรวจจับพื้นหลังของคลื่นความโน้มถ่วง หากไม่มีสิ่งเหล่านี้ ก็เป็นการยากที่จะพิสูจน์ว่ากระบวนการอื่นไม่รับผิดชอบต่อสัญญาณ ที่น่าประหลาดใจคือ สัญญาณแรกของพื้นหลังของคลื่นความโน้มถ่วงจะเป็นสัญญาณทั่วไปเช่นเดียวกับที่เห็นใน IPTA DR2 ไม่ว่าสัญญาณความถี่ต่ำพิเศษที่มีลักษณะคล้ายกันทางสเปกตรัมนี้มีความสัมพันธ์ระหว่างพัลซาร์ตามการคาดการณ์ทางทฤษฎีหรือไม่ก็ตาม จะได้รับการแก้ไขด้วยการรวบรวมข้อมูลเพิ่มเติม อาร์เรย์ที่ขยายของพัลซาร์ที่ตรวจสอบ และการค้นหาชุดข้อมูลที่ยาวขึ้นและใหญ่ขึ้นอย่างต่อเนื่อง สัญญาณที่สอดคล้องกันเช่นสัญญาณที่กู้คืนด้วยการวิเคราะห์ IPTA ยังได้รับการเผยแพร่ในชุดข้อมูลแต่ละชุดล่าสุดกว่าที่ใช้ใน IPTA DR2 จากความร่วมมือในการก่อตั้งทั้งสามครั้ง การวิเคราะห์ IPTA DR2 แสดงให้เห็นถึงพลังของการผสมผสานระหว่างประเทศซึ่งให้หลักฐานที่ชัดเจนสำหรับพื้นหลังของคลื่นความโน้มถ่วงเมื่อเทียบกับหลักฐานส่วนเพิ่มหรือขาดหายไปจากชุดข้อมูลที่เป็นส่วนประกอบ นอกจากนี้ ข้อมูลใหม่จากกล้องโทรทรรศน์ MeerKAT และจาก Indian Pulsar Timing Array (InPTA) ซึ่งเป็นสมาชิกใหม่ล่าสุดของ IPTA จะขยายชุดข้อมูลในอนาคตเพิ่มเติม "คำใบ้แรกของพื้นหลังของคลื่นความโน้มถ่วงจะเป็นสัญญาณเหมือนที่เห็นใน IPTA DR2 จากนั้นเมื่อมีข้อมูลมากขึ้น สัญญาณจะมีนัยสำคัญมากขึ้นและจะแสดงความสัมพันธ์เชิงพื้นที่ ซึ่ง ณ จุดนั้นเราจะรู้ได้ว่าเป็นคลื่นความโน้มถ่วง ความเป็นมา เรารอคอยที่จะให้ข้อมูลใหม่เป็นเวลาหลายปีแก่ IPTA เป็นครั้งแรก เพื่อช่วยให้บรรลุผลในการตรวจจับพื้นหลังของคลื่นความโน้มถ่วง" ดร. บาล ชานดรา โจชิ สมาชิกของ InPTA กล่าว จากผลลัพธ์ที่เผยแพร่ล่าสุดจากแต่ละกลุ่ม ซึ่งขณะนี้ทุกคนสามารถกู้คืนสัญญาณทั่วไปได้อย่างชัดเจนแล้ว IPTA จึงมองในแง่ดีว่าจะสามารถบรรลุผลใดได้บ้างเมื่อสิ่งเหล่านี้รวมกันเป็น IPTA Data Release 3 งานกำลังดำเนินการอย่างต่อเนื่องในการเผยแพร่ข้อมูลใหม่นี้ ซึ่ง อย่างน้อยที่สุดจะรวมชุดข้อมูลที่อัปเดตจาก PTA ที่เป็นส่วนประกอบทั้งสี่ของ IPTA การวิเคราะห์ชุดข้อมูล DR3 คาดว่าจะเสร็จสิ้นภายในไม่กี่ปีข้างหน้า ดร. มอรา แมคลาฟลิน จากความร่วมมือของ NANOGrav กล่าวว่า "หากสัญญาณที่เราเห็นในขณะนี้เป็นสัญญาณแรกของพื้นหลังของคลื่นความโน้มถ่วง หากอิงจากการจำลองของเรา เป็นไปได้ว่าเราจะมีการวัดความสัมพันธ์เชิงพื้นที่ที่แน่นอนมากขึ้นซึ่งจำเป็นต่อการระบุโดยสรุป จุดกำเนิดของสัญญาณร่วมในอนาคตอันใกล้นี้”