การทดลอง LIGO รายงานการตรวจจับการสั่นสะเทือนของกาลอวกาศเป็นครั้งแรก โดยเปิดหน้าต่างใหม่สู่จักรวาล วอชิงตัน — ในที่สุดก็ตรวจพบการสั่นสะเทือนในโครงสร้างของจักรวาลของอวกาศและเวลา เปิดเส้นทางใหม่สำหรับการสำรวจจักรวาล
การค้นพบครั้งประวัติศาสตร์ของแรงสั่นสะเทือนที่เรียกว่าคลื่นโน้มถ่วง เกิดขึ้นเกือบหนึ่งศตวรรษหลังจากที่อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ระบุการมีอยู่ของมันเป็นครั้งแรก นักวิจัยที่มี Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory หรือ Advanced LIGO ประกาศการตรวจจับน้ำเชื้อในวันที่ 11 กุมภาพันธ์ในการแถลงข่าว และ ในบทความใน Physical Review Letters คลื่นความโน้มถ่วงเกิดขึ้นมากกว่า 750 ล้านปีแสง ซึ่งการเต้นด้วยความเร็วสูงของหลุมดำสองแห่งที่มาบรรจบกันสั่นคลอนรากฐานที่ดาวเคราะห์ ดวงดาว และกาแลคซี่อาศัยอยู่
“นี่เป็นครั้งแรกที่จักรวาลพูดกับเราผ่านคลื่นความโน้มถ่วง” David Reitze ผู้อำนวยการห้องปฏิบัติการ LIGO กล่าวในการแถลงข่าว
การค้นพบนี้กลายเป็นผู้สมัครที่มีแนวโน้มว่าจะได้รับรางวัลโนเบลในทันที และไม่ใช่เพียงเพราะมันผูกติดอยู่กับหลักฐานหลายทศวรรษที่สนับสนุนการทำนายที่สำคัญของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ในปี 1915 Shane Larson นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จาก Northwestern University ในเมือง Evanston รัฐอิลลินอยส์ กล่าวว่า “คลื่นความโน้มถ่วงทำให้เรามองดูเอกภพได้ ไม่ใช่แค่ด้วยแสงแต่ด้วยแรงโน้มถ่วง” สามารถรับได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์แบบดั้งเดิม ด้วยการค้นพบครั้งนี้ ยุคของดาราศาสตร์คลื่นโน้มถ่วงได้เริ่มต้นขึ้น
การตรวจจับเกิดขึ้นเมื่อวันที่ 14 กันยายน 2015 สี่วันก่อนการเริ่มต้นสังเกตการณ์อย่างเป็นทางการสำหรับหอดูดาวที่เพิ่งอัพเกรดใหม่ ทองคำที่โดดเด่นเพิ่มความหวังอย่างรวดเร็วสำหรับการพบเห็นที่วุ่นวาย
คลื่นที่ระเบิดอย่างรวดเร็วมาถึงโลกหลังจากหลุมดำสองหลุม หลุมหนึ่งมีมวลประมาณ 36 เท่าของดวงอาทิตย์ และอีกหลุมมีประมาณ 29 หลุม หมุนวนเข้าหากันและรวมตัวกัน ถ้าไอแซก นิวตันคิดถูกเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วง มวลของหลุมดำทั้งสองก็จะออกแรงที่มองไม่เห็นซึ่งดึงวัตถุมารวมกัน แต่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปยืนยันว่าหลุมดำเหล่านั้นรวมตัวกันเพราะมวลของพวกมันเยื้องโครงสร้างของอวกาศและเวลา ( SN: 10/17/15, p. 16). เมื่อหลุมดำเข้ามาใกล้ในหลุมลึกของกาลอวกาศ พวกมันก็ทำให้ผ้านั้นปั่นป่วนด้วยการปล่อยรังสีความโน้มถ่วง (หรือคลื่นแรงโน้มถ่วงตามที่นักวิทยาศาสตร์มักเรียกกัน) ระลอกคลื่นความโน้มถ่วงเหล่านี้ไม่เคลื่อนที่ “ผ่าน” อวกาศ ต่างจากคลื่นประเภทที่คุ้นเคยมากกว่า มันคือการสั่นสะเทือนของกาลอวกาศเองซึ่งแพร่กระจายออกไปในทุกทิศทางด้วยความเร็วแสง
เกือบทุกกรณีที่วัตถุที่เร่งความเร็วจะสร้างคลื่นแรงโน้มถ่วง
คุณสร้างวัตถุที่อ่อนแอเมื่อลุกจากเตียงเมื่อเช้านี้ LIGO ขั้นสูงได้รับการปรับแต่งให้เหมาะกับราคาที่ตรวจจับได้ (และมีความเกี่ยวข้องทางวิทยาศาสตร์) มากขึ้น: คลื่นที่ปล่อยออกมาจากภูมิภาคที่มีมวลจำนวนมากบรรจุอยู่ในพื้นที่ขนาดเล็กและเคลื่อนที่อย่างรวดเร็ว หลุมดำเหล่านี้มีคุณสมบัติอย่างแน่นอน มวลมหาศาลของพวกเขาถูกบรรจุเป็นทรงกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 150 กิโลเมตร เมื่อถึงเวลาที่หลุมดำสัมผัสถึงการยุบตัวครั้งสุดท้าย พวกมันก็โคจรรอบกันและกันด้วยความเร็วประมาณครึ่งหนึ่ง เมื่อวันที่ 14 กันยายน เวลา 04:50 น. ตามเวลาตะวันออก คลื่นแรงโน้มถ่วงที่ปล่อยออกมาจากหลุมดำในช่วงเสี้ยววินาทีสุดท้ายของอิสรภาพพบกับเครื่องตรวจจับ LIGO รูปตัว L สองตัว
เครื่องตรวจจับของ LIGO ในแฮนฟอร์ด รัฐวอชิงตันและลิฟวิงสตัน รัฐลาซึ่งเปิดใช้งานใหม่หลังจากการอัพเกรดห้าปี แต่ละเครื่องประกอบด้วยเลเซอร์อันทรงพลังที่แยกออกเป็นลำแสงยาว 4 กิโลเมตรตั้งฉากสองอันในแนวตั้งฉาก เมื่อน้ำโน้มถ่วงของกาลอวกาศสงบลง ลำแสงจะรวมตัวกันอีกครั้งที่ทางแยกและตัดกัน – รางของคลื่นแสงเลเซอร์ 1,064 นาโนเมตรของลำแสงหนึ่งจะลบล้างยอดของคลื่นลำที่สองโดยสิ้นเชิง
แต่การรบกวนแรงโน้มถ่วงจากคู่ของหลุมดำทำให้กาลอวกาศบิดเบี้ยว โดยบีบแขนข้างหนึ่งของเครื่องตรวจจับเล็กน้อยขณะยืดแขนอีกข้างหนึ่ง ( SN: 1/8/00, หน้า 26 ) เมื่อลำแสงรวมตัวอีกครั้ง แสงจะไม่เข้าคู่กันอย่างสมบูรณ์อีกต่อไป เครื่องตรวจจับรู้สึกว่ายอดพลาดรางด้วยระยะทางที่น้อยที่สุด ประมาณหนึ่งในพันของเส้นผ่านศูนย์กลางของโปรตอน
สิ่งอำนวยความสะดวก LIGO ลงทะเบียนสัญญาณโดยห่างกันเพียง 7 มิลลิวินาที ซึ่งบ่งชี้ถึงชีพจรความเร็วแสงจากห้วงอวกาศ แทนที่จะเป็นการสั่นสะเทือนที่เคลื่อนไหวช้ากว่าจากแผ่นดินไหวใต้ดินหรือแท่นขุดเจาะขนาดใหญ่ที่ดังก้องไปตามทางหลวง นักฟิสิกส์ใช้การวัดที่รวมกันเพื่อประเมินระยะห่างจากหลุมดำ 750 ล้านถึง 1.8 พันล้านปีแสง จำเป็นต้องมีเครื่องตรวจจับอีกอย่างน้อยหนึ่งตัว ควรมีสองตัว เพื่อหาตำแหน่งที่แม่นยำของหลุมดำบนท้องฟ้า
ในขณะที่การนัดพบใช้เวลาหลายล้านปีในการดำเนินการ มีเพียงสองในสิบของวินาทีสุดท้ายเท่านั้นที่สร้างคลื่นแรงโน้มถ่วงด้วยความเข้มและความถี่ที่จำเป็นสำหรับการตรวจจับโดย Advanced LIGO สองในสิบของวินาทีนั้นเล่าเรื่องได้ค่อนข้างมาก ในตอนแรก หลุมดำโคจรรอบกันและกัน 17 ครั้งต่อวินาที ในตอนท้ายมันคือ 75 ความถี่คลื่นแรงโน้มถ่วงและความเข้มถึงจุดสูงสุด จากนั้นหลุมดำก็รวมเข้าด้วยกัน การแสดงจบลงแล้ว
