ຄວາມເປັນມາຂອງຄື້ນແຮງໂນ້ມຖ່ວງ (GWB): ບາດກ້າວບຸກທະລຸໃນການກວດຫາໂດຍກົງ

ຄື້ນຄວາມໂນ້ມຖ່ວງ ໄດ້ຖືກກວດພົບໂດຍກົງເປັນຄັ້ງທຳອິດໃນປີ 2015 ຫຼັງຈາກການຄາດຄະເນເປັນເວລາໜຶ່ງສະຕະວັດໂດຍທິດສະດີສຳພັນພາບທົ່ວໄປຂອງໄອນ໌ສະໄຕນ໌ໃນປີ 1916. ແຕ່ ພື້ນຫຼັງຄື້ນ ຄວາມໂນ້ມຖ່ວງ (GWB) ຄວາມຖີ່ຕ່ຳຕໍ່ເນື່ອງທີ່ຄິດວ່າມີຢູ່ທົ່ວ ຈັກກະວານ ຍັງບໍ່ທັນໄດ້ຖືກກວດພົບໂດຍກົງເທື່ອ. ນັກຄົ້ນຄວ້າທີ່ຫໍສັງເກດ ການຄື້ນຄວາມໂນ້ມຖ່ວງ ນາໂນເຮີດຂອງອາເມລິກາເໜືອ (NANOGrav) ໄດ້ລາຍງານການກວດພົບສັນຍານຄວາມຖີ່ຕ່ຳທີ່ອາດຈະເປັນ 'ພື້ນຫຼັງຄື້ນຄວາມໂນ້ມຖ່ວງ (GWB)'.

ທິດສະດີທົ່ວໄປກ່ຽວກັບສຳພັນພາບທີ່ໄອນ໌ສະໄຕນ໌ໄດ້ສະເໜີໃນປີ 1916 ຄາດຄະເນວ່າເຫດການທີ່ສຳຄັນຂອງຈັກກະວານເຊັ່ນ: ຊູເປີໂນວາ ຫຼື ການລວມຕົວຂອງ ຫຼຸມດຳ ຄວນຜະລິດ ຄື້ນຄວາມໂນ້ມຖ່ວງ ທີ່ແຜ່ລາມໄປທົ່ວ ຈັກກະວານ . ໂລກຄວນຈະຖືກຖ້ວມດ້ວຍ ຄື້ນຄວາມໂນ້ມຖ່ວງ ຈາກທຸກທິດທາງຕະຫຼອດເວລາ ແຕ່ສິ່ງເຫຼົ່ານີ້ບໍ່ໄດ້ຖືກກວດພົບເພາະວ່າມັນຈະອ່ອນແອລົງຫຼາຍເມື່ອພວກມັນມາຮອດໂລກ. ມັນໃຊ້ເວລາປະມານໜຶ່ງສະຕະວັດເພື່ອກວດຈັບຄື້ນຄວາມໂນ້ມຖ່ວງໂດຍກົງ ເມື່ອໃນປີ 2015 ທີມງານ LIGO-Virgo ປະສົບຜົນສຳເລັດໃນການກວດຈັບ ຄື້ນຄວາມໂນ້ມຖ່ວງ ທີ່ເກີດຈາກການລວມຕົວຂອງ ຫຼຸມດຳ ສອງຫຼຸມ ທີ່ຕັ້ງຢູ່ໃນໄລຍະ 1.3 ຕື້ປີແສງຈາກໂລກ ⁽¹⁾ . ນີ້ຍັງໝາຍຄວາມວ່າຄື້ນທີ່ກວດພົບແມ່ນຜູ້ໃຫ້ຂໍ້ມູນກ່ຽວກັບເຫດການຂອງຈັກກະວານທີ່ເກີດຂຶ້ນປະມານ 1.3 ຕື້ປີກ່ອນ.

ນັບຕັ້ງແຕ່ການກວດພົບຄັ້ງທຳອິດໃນປີ 2015, ຄື້ນຄວາມໂນ້ມຖ່ວງ ຈຳນວນຫຼວງຫຼາຍ ໄດ້ຖືກບັນທຶກໄວ້ຈົນເຖິງປະຈຸບັນ. ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນເກີດຈາກການລວມຕົວຂອງ ຂຸມດຳ ສອງອັນ , ສ່ວນໜ້ອຍແມ່ນເກີດຈາກການປະທະກັນຂອງດາວນິວຕຣອນສອງດວງ ⁽²⁾ . ຄື້ນຄວາມໂນ້ມຖ່ວງ ທັງໝົດທີ່ກວດພົບມາ ຮອດປະຈຸບັນແມ່ນເກີດຂຶ້ນເປັນບາງຄັ້ງຄາວ, ເກີດຈາກຄູ່ຂອງ ຂຸມດຳ ຫຼື ດາວນິວຕຣອນທີ່ກ້ຽວວຽນ ແລະ ລວມຕົວ ຫຼື ປະທະກັນ ⁽³⁾ ແລະ ມີຄວາມຖີ່ສູງ, ຄວາມຍາວຄື້ນສັ້ນ (ໃນຊ່ວງມິນລິວິນາທີ).

ເຖິງຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ເນື່ອງຈາກມີຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງແຫຼ່ງກຳເນີດ ຄື້ນຄວາມໂນ້ມຖ່ວງ ຈຳນວນຫຼວງຫຼາຍ ໃນ ຈັກກະວານ ດັ່ງນັ້ນ ຄື້ນຄວາມໂນ້ມຖ່ວງ ຫຼາຍໆ ອັນຈາກທົ່ວ ຈັກກະວານ ອາດຈະຜ່ານໂລກຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງຕະຫຼອດເວລາ ປະກອບເປັນພື້ນຫຼັງ ຫຼື ສຽງລົບກວນ. ນີ້ຄວນຈະເປັນຄື້ນຂະໜາດນ້ອຍຕໍ່ເນື່ອງ, ແບບສຸ່ມ ແລະ ມີຄວາມຖີ່ຕ່ຳ. ຄາດຄະເນວ່າບາງສ່ວນຂອງມັນອາດຈະມີຕົ້ນກຳເນີດມາຈາກ Big Bang. ເອີ້ນວ່າ ພື້ນຫຼັງຄື້ນ ຄວາມໂນ້ມຖ່ວງ (GWB), ສິ່ງນີ້ຍັງບໍ່ທັນໄດ້ຖືກກວດພົບເທື່ອ ⁽³⁾.

ແຕ່ພວກເຮົາອາດຈະຢູ່ໃນຈຸດທີ່ຈະມີການຄົ້ນພົບໃໝ່ - ນັກຄົ້ນຄວ້າທີ່ຫໍສັງເກດການ ຄື້ນຄວາມໂນ້ມຖ່ວງ ນາໂນເຮີດສ໌ອາເມລິກາເໜືອ (NANOGrav) ໄດ້ລາຍງານການກວດພົບສັນຍານຄວາມຖີ່ຕ່ຳທີ່ອາດຈະເປັນ 'ພື້ນຫຼັງຄື້ນຄວາມໂນ້ມຖ່ວງ (GWB)' ^(4,5,6).

ບໍ່ເຫມືອນກັບທີມ LIGO-virgo ທີ່ກວດພົບ ຄື້ນຄວາມໂນ້ມຖ່ວງ ຈາກຄູ່ຂອງ ຮູດຳ ແຕ່ລະຄູ່ , ທີມ NANOGrav ໄດ້ຊອກຫາ ຄື້ນຄວາມໂນ້ມຖ່ວງ ທີ່ຄົງທີ່, ຄ້າຍຄືສຽງ, 'ລວມ' ທີ່ສ້າງຂຶ້ນໃນໄລຍະເວລາທີ່ຍາວນານໂດຍ ຮູດຳ ທີ່ນັບບໍ່ຖ້ວນ ໃນ ຈັກກະວານ . ຈຸດສຸມແມ່ນຢູ່ທີ່ ຄື້ນຄວາມໂນ້ມຖ່ວງ 'ຄວາມຍາວຄື້ນຍາວຫຼາຍ' ຢູ່ອີກຟາກໜຶ່ງຂອງ 'ສະເປກຕຣຳຄື້ນຄວາມໂນ້ມຖ່ວງ'.

ບໍ່ຄືກັບແສງ ແລະລັງສີແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າອື່ນໆ, ຄື້ນຄວາມໂນ້ມຖ່ວງບໍ່ສາມາດສັງເກດໄດ້ໂດຍກົງດ້ວຍກ້ອງສ່ອງທາງໄກ.  

ທີມງານ NANOGrav ໄດ້ເລືອກ pulsars ມິນລິວິນາທີ (MSPs) ທີ່ໝູນວຽນໄວຫຼາຍດ້ວຍຄວາມໝັ້ນຄົງໃນໄລຍະຍາວ. ມີຮູບແບບແສງສະຫວ່າງທີ່ໝັ້ນຄົງມາຈາກ pulsers ເຫຼົ່ານີ້ ເຊິ່ງຄວນຈະຖືກປ່ຽນແປງໂດຍຄື້ນຄວາມໂນ້ມຖ່ວງ. ແນວຄວາມຄິດແມ່ນເພື່ອສັງເກດ ແລະ ຕິດຕາມກວດກາກຸ່ມຂອງ pulsars ມິນລິວິນາທີທີ່ໝັ້ນຄົງທີ່ສຸດ (MSP) ສຳລັບການປ່ຽນແປງທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັນໃນເວລາຂອງການມາຮອດຂອງສັນຍານທີ່ໂລກ ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງສ້າງເຄື່ອງກວດຈັບຄື້ນຄວາມໂນ້ມຖ່ວງ " ຂະໜາດເທົ່າກັບກາແລັກ ຊີ " ພາຍໃນກາແລັກ ຊີ ຂອງພວກເຮົາເອງ . ທີມງານໄດ້ສ້າງແຖວເວລາ pulsars ໂດຍການສຶກສາ pulsars 47 ຊະນິດດັ່ງກ່າວ. ຫໍສັງເກດການ Arecibo ແລະ ກ້ອງສ່ອງທາງໄກ Green Bank ແມ່ນ ກ້ອງສ່ອງທາງໄກ ວິທະຍຸ ທີ່ໃຊ້ສຳລັບການວັດແທກ.

ຊຸດຂໍ້ມູນທີ່ໄດ້ຮັບມາເຖິງຕອນນັ້ນປະກອບມີ 47 MSPs ແລະຫຼາຍກວ່າ 12.5 ປີຂອງການສັງເກດການ. ອີງຕາມການນີ້, ມັນບໍ່ສາມາດສະຫຼຸບໄດ້ຢ່າງແນ່ນອນວ່າການກວດພົບໂດຍກົງຂອງ GWB ເຖິງແມ່ນວ່າສັນຍານຄວາມຖີ່ຕ່ໍາທີ່ກວດພົບຫຼາຍຊີ້ໃຫ້ເຫັນເຖິງນັ້ນ. ບາງທີ, ຂັ້ນຕອນຕໍ່ໄປແມ່ນການລວມເອົາ pulsars ເພີ່ມເຕີມໃນອາເລແລະສຶກສາພວກມັນສໍາລັບໄລຍະເວລາທີ່ຍາວນານເພື່ອເພີ່ມຄວາມອ່ອນໄຫວ.  

ເພື່ອສຶກສາຈັກ ກະວານ , ນັກວິທະຍາສາດໄດ້ອາໄສລັງສີແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າຢ່າງດຽວເຊັ່ນ: ແສງ, ລັງສີເອັກ, ຄື້ນ ວິທະຍຸ ແລະອື່ນໆ. ເນື່ອງຈາກບໍ່ກ່ຽວຂ້ອງຢ່າງສິ້ນເຊີງກັບລັງສີແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າ, ການກວດຈັບແຮງໂນ້ມຖ່ວງໃນປີ 2015 ໄດ້ເປີດໂອກາດໃໝ່ໃຫ້ນັກວິທະຍາສາດໃນການສຶກສາວັດຖຸທາງທ້ອງຟ້າ ແລະ ເຂົ້າໃຈ ຈັກກະວານ ໂດຍສະເພາະເຫດການທາງທ້ອງຟ້າເຫຼົ່ານັ້ນທີ່ນັກດາລາສາດແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າເບິ່ງບໍ່ເຫັນ. ຍິ່ງໄປກວ່ານັ້ນ, ບໍ່ເໝືອນກັບລັງສີແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າ, ຄື້ນແຮງໂນ້ມຖ່ວງບໍ່ໄດ້ພົວພັນກັບວັດຖຸ ດັ່ງນັ້ນການເດີນທາງຈຶ່ງບໍ່ມີສິ່ງກີດຂວາງ ໂດຍນຳເອົາຂໍ້ມູນກ່ຽວກັບຕົ້ນກຳເນີດ ແລະ ແຫຼ່ງທີ່ມາຂອງມັນໂດຍບໍ່ມີການບິດເບືອນໃດໆ. ⁽³⁾

ການກວດຈັບພື້ນຫລັງຄື້ນຄວາມໂນ້ມຖ່ວງ (GWB) ຈະເປີດໂອກາດໃຫ້ກວ້າງຂວາງຂຶ້ນ. ມັນອາດຈະເປັນໄປໄດ້ທີ່ຈະກວດຈັບຄື້ນທີ່ເກີດຈາກ Big Bang ເຊິ່ງອາດຊ່ວຍໃຫ້ພວກເຮົາເຂົ້າໃຈຕົ້ນກຳເນີດຂອງ ຈັກກະວານ ໃນທາງທີ່ດີກວ່າ.

***

DOI: https://doi.org/10.29198/scieu/2101121

***

ເອກະສານ:  

1. Castelvecchi D. ແລະ Witze A., 2016. ຄື້ນຄວາມໂນ້ມຖ່ວງຂອງ Einstein ໄດ້ພົບເຫັນໃນທີ່ສຸດ. ຂ່າວທຳມະຊາດ 11 ກຸມພາ 2016. DOI: https://doi.org/10.1038/nature.2016.19361  

2. Castelvecchi D., 2020. ສິ່ງທີ່ 50 ເຫດການຄື້ນຄວາມໂນ້ມຖ່ວງເປີດເຜີຍກ່ຽວກັບຈັກກະວານ. ຂ່າວທຳມະຊາດ ສະບັບວັນທີ 30 ຕຸລາ 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-020-03047-0  

3. LIGO 2021. ແຫຼ່ງທີ່ມາ ແລະປະເພດຂອງຄື້ນແຮງໂນ້ມຖ່ວງ. ມີໃຫ້ອອນໄລນ໌ຢູ່ https://www.ligo.caltech.edu/page/gw-sources ເຂົ້າໃຊ້ໃນວັນທີ 12 ມັງກອນ 2021. 

4. NANOGrav Collaboration, 2021. NANOGrav ຊອກຫາ 'ຄຳແນະນຳທຳອິດ' ທີ່ເປັນໄປໄດ້ຂອງພື້ນຫຼັງຄື້ນຄວາມຖີ່ຄວາມຖີ່ຕ່ຳ. ມີໃຫ້ອອນໄລນ໌ຢູ່ http://nanograv.org/press/2021/01/11/12-Year-GW-Background.html ເຂົ້າເຖິງໃນວັນທີ 12 ມັງກອນ 2021 

5. NANOGrav Collaboration 2021. ສະຫຼຸບໂດຍຫຍໍ້ – ການຊອກຫາພື້ນຫຼັງຂອງຄື້ນແຮງໂນ້ມຖ່ວງໃນ 12.5 ປີຂອງຂໍ້ມູນ NANOGrav. ວັນທີ 11 ມັງກອນ 2021. ມີໃຫ້ອອນໄລນ໌ຢູ່ http://nanograv.org/assets/files/slides/AAS_PressBriefing_Jan’21.pdf  

6. Arzoumanian Z., et al 2020. ຊຸດຂໍ້ມູນ NANOGrav 12.5 ປີ: ຊອກຫາພື້ນຫຼັງຄື້ນຄວາມໂນ້ມຖ່ວງຂອງ Isotropic Stochastic. The Astrophysical Journal Letters, ສະບັບທີ 905, ຈໍານວນ 2. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/abd401  

***