หลุมดำมักเป็นที่ที่ข้อมูลสูญหายไป แต่นักวิทยาศาสตร์อาจพบเคล็ดลับในการใช้ช่วงเวลาสุดท้ายเพื่อบอกเราเกี่ยวกับประวัติศาสตร์ของจักรวาล
ในการศึกษาใหม่ นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยชิคาโกสองคนได้วางแนวทางในการใช้หลุมดำที่ชนกันเพื่อวัดว่าเอกภพของเราขยายตัวได้เร็วเพียงใด และด้วยเหตุนี้จึงเข้าใจว่าเอกภพมีวิวัฒนาการอย่างไร กำเนิดมาจากอะไร และกำเนิดมาจากที่ใด กำลังไป. โดยเฉพาะอย่างยิ่ง นักวิทยาศาสตร์คิดว่าเทคนิคใหม่นี้ ซึ่งพวกเขาเรียกว่า “สเปกตรัมไซเรน” อาจสามารถบอกเราเกี่ยวกับช่วง “วัยรุ่น” ของจักรวาลที่เข้าใจยาก
ผู้ปกครองจักรวาล
การอภิปรายทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญอย่างต่อเนื่องคือความเร็วที่จักรวาลกำลังขยายตัว—ตัวเลขที่เรียกว่า ค่าคงที่ฮับเบิล วิธีการต่างๆ ที่มีอยู่จนถึงตอนนี้ให้คำตอบที่แตกต่างกันเล็กน้อย และนักวิทยาศาสตร์ก็กระตือรือร้นที่จะหา วิธีอื่นใน การวัดอัตรานี้ การตรวจสอบความถูกต้องของตัวเลขนี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากจะส่งผลต่อความเข้าใจในคำถามพื้นฐาน เช่น อายุ ประวัติศาสตร์ และองค์ประกอบของจักรวาล
การศึกษาใหม่นำเสนอวิธีการคำนวณนี้ โดยใช้เครื่องตรวจจับพิเศษที่รับเสียงสะท้อนของจักรวาลจากการชนของหลุมดำ
ในบางครั้ง หลุมดำสองหลุมจะชนกัน ซึ่งเป็นเหตุการณ์ที่ทรงพลังมากจนทำให้เกิดระลอกคลื่นในกาลอวกาศที่เดินทางข้ามจักรวาล บนโลกนี้ หอดูดาวคลื่นความโน้มถ่วงของเลเซอร์อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ของสหรัฐฯ (LIGO) และหอสังเกตการณ์ชาวราศีกันย์ของอิตาลี สามารถรับระลอกคลื่นเหล่านี้ได้ ซึ่งเรียกว่าคลื่นโน้มถ่วง
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา LIGO และ Virgo ได้รวบรวมการอ่านจากหลุมดำเกือบ 100 คู่ที่ชนกัน
สัญญาณจากการชนแต่ละครั้งมีข้อมูลเกี่ยวกับขนาดของหลุมดำ แต่สัญญาณได้เดินทางข้ามอวกาศ และในช่วงเวลานั้นจักรวาลได้ขยายตัว ซึ่งเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของสัญญาณ “ตัวอย่างเช่น ถ้าคุณเอาหลุมดำไปไว้ก่อนหน้าในจักรวาล สัญญาณจะเปลี่ยนไปและมันจะดูเหมือนหลุมดำที่ใหญ่กว่าที่เป็นจริง” Daniel Holz นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ UChicago หนึ่งในสองคนของผู้เขียนอธิบาย กระดาษ.
หากนักวิทยาศาสตร์สามารถหาวิธีวัดการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณ พวกเขาสามารถคำนวณอัตราการขยายตัวของจักรวาลได้ ปัญหาคือการปรับเทียบ: พวกเขารู้ ได้อย่างไรว่า มันเปลี่ยนไปจากเดิมมากแค่ไหน?
ในรายงานฉบับใหม่ของพวกเขา Holz และผู้เขียนคนแรก Jose María Ezquiaga แนะนำว่าพวกเขาสามารถใช้ความรู้ใหม่ของเราเกี่ยวกับประชากรทั้งหมดของหลุมดำเป็นเครื่องมือในการสอบเทียบ ตัวอย่างเช่น หลักฐานปัจจุบันชี้ให้เห็นว่าหลุมดำส่วนใหญ่ที่ตรวจพบมีมวลประมาณ 5 ถึง 40 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ “ดังนั้นเราจึงวัดมวลของหลุมดำที่อยู่ใกล้เคียงและทำความเข้าใจลักษณะของหลุมดำ จากนั้นเราจะมองออกไปไกลๆ และดูว่าหลุมดำเหล่านี้ดูเหมือนจะเปลี่ยนไปมากน้อยเพียงใด” Ezquiaga จาก NASA Einstein Postdoctoral Fellow และ Kavli Institute for Cosmological Physics Fellow กล่าว ร่วมงานกับ Holz ที่ UChicago “และนี่ทำให้คุณสามารถวัดการขยายตัวของจักรวาลได้”
ผู้เขียนขนานนามว่าวิธีการ “สเปกตรัมไซเรน” ซึ่งเป็นแนวทางใหม่ในการใช้วิธี ‘ ไซเรนมาตรฐาน ‘ ซึ่งโฮลซ์และผู้ทำงานร่วมกันเป็นผู้บุกเบิก (ชื่อนี้เป็นการอ้างอิงถึงวิธี ‘เทียนมาตรฐาน’ ที่ ใช้ในดาราศาสตร์ด้วย)
นักวิทยาศาสตร์รู้สึกตื่นเต้นเพราะในอนาคต เมื่อความสามารถของ LIGO ขยายตัว วิธีการนี้อาจให้หน้าต่างที่ไม่ซ้ำใครสำหรับปี “วัยรุ่น” ของจักรวาล—ประมาณ 10 พันล้านปีก่อน—ซึ่งยากต่อการศึกษาด้วยวิธีอื่น
นักวิจัยสามารถใช้ พื้นหลังไมโครเวฟของจักรวาล เพื่อดูช่วงเวลาแรกสุดของจักรวาล และพวกเขาสามารถมองไปรอบๆ ดารา จักรใกล้ดาราจักรของเรา เพื่อศึกษาประวัติศาสตร์ล่าสุดของเอกภพ แต่ระหว่างช่วงเวลานั้นยากที่จะเข้าถึงและเป็นพื้นที่ที่มีความสนใจทางวิทยาศาสตร์เป็นพิเศษ
“ในช่วงเวลานั้นเราเปลี่ยนจากสสารมืดที่เป็นพลังหลักในจักรวาลไปเป็นพลังงานมืดที่เข้าครอบงำ และเราสนใจมากที่จะศึกษาการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญนี้” เอซเคียกากล่าว
ผู้เขียนกล่าวว่าข้อดีอื่น ๆ ของวิธีนี้คือมีความไม่แน่นอนน้อยลงที่เกิดจากช่องว่างในความรู้ทางวิทยาศาสตร์ของเรา “ด้วยการใช้ประชากรหลุมดำทั้งหมด วิธีการนี้สามารถสอบเทียบตัวเอง ระบุและแก้ไขข้อผิดพลาดได้โดยตรง” โฮลซ์กล่าว วิธีอื่นๆ ที่ใช้ในการคำนวณค่าคงที่ฮับเบิลนั้นอาศัยความเข้าใจในปัจจุบันของเราเกี่ยวกับฟิสิกส์ของดาวและกาแลคซี่ ซึ่งเกี่ยวข้องกับฟิสิกส์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่ซับซ้อนจำนวนมาก ซึ่งหมายความว่าการวัดอาจถูกละทิ้งไปเล็กน้อยหากมีบางสิ่งที่เรายังไม่รู้
ในทางตรงกันข้าม วิธีหลุมดำแบบใหม่นี้อาศัยทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์เกือบทั้งหมด ซึ่งได้รับการศึกษามาเป็นอย่างดีและยืนหยัดต่อต้านทุกวิถีทางที่นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามทดสอบมาจนถึงตอนนี้
ยิ่งมีการอ่านค่าจากหลุมดำทั้งหมดมากเท่าใด การสอบเทียบนี้จะยิ่งแม่นยำมากขึ้นเท่านั้น Holz กล่าวว่า “เราต้องการสัญญาณเหล่านี้หลายพันรายการ ซึ่งเราควรจะมีในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า และมากยิ่งขึ้นไปอีกในทศวรรษหน้าหรือสองปีข้างหน้า” “เมื่อถึงจุดนั้น มันจะเป็นวิธีที่ทรงพลังอย่างเหลือเชื่อในการเรียนรู้เกี่ยวกับจักรวาล”
