ใช้วงโคจรดวงจันทร์รอบโลกเป็นเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง

  

    นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยอิสระแห่งบาร์เซโลนา และมหาวิทยาลัยคอลเลจลอนดอน ได้เสนอการใช้ความแปรผันระยะทางระหว่างโลกกับดวงจันทร์ ซึ่งสามารถตรวจสอบได้แม่นยำในระยะไม่ถึงเซนติเมตร เพื่อเป็นเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงชนิดใหม่ภายใต้ช่วงความถี่ที่อุปกรณ์ปัจจุบันไม่สามารถตรวจจับได้ งานวิจัยอาจจะถางทางใหม่สู่การตรวจจับสัญญาณจากเอกภพยุคต้น เผยแพร่ใน Physical Review Letters

     คลื่นความโน้มถ่วง(gravitational waves) ซึ่งอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ได้ทำนายไว้ในช่วงเริ่มศตวรรษที่ 20 และตรวจจับได้เป็นครั้งแรกในปี 2015 เป็นผู้นำสารชนิดใหม่จากกระบวนการที่รุนแรงที่สุดที่เกิดขึ้นในเอกภพ เครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงตรวจสอบในช่วงความถี่ที่ต่างกัน คล้ายกับการหมุนปุ่มเพื่อจูนหาสถานีวิทยุ อย่างไรก็ตาม ก็มีความถี่ที่เป็นไปไม่ได้ที่จะครอบคลุมด้วยเครื่องมือปัจจุบัน และอาจจะมีสัญญาณพื้นฐานเพื่อให้เข้าใจเอกภพ ตัวอย่างพิเศษอย่างหนึ่งที่สามารถเห็นได้ในช่วงไมโครเฮิร์ตซ์ ซึ่งน่าจะถูกสร้างขึ้นในช่วงอรุณรุ่งแห่งเอกภพ และมองไม่เห็นในทางปฏิบัติแม้แต่กับเทคโนโลจีที่ก้าวหน้าที่สุดที่มีในปัจจุบัน

     จากแบบจำลองเอกภพวิทยามาตรฐาน ช่วงเวลาแรกๆ ของบิ๊กแบง เอกภพมีการขยายตัวที่เร็วมากแต่เกิดเป็นเวลาที่สั้นมากๆ ที่เรียกว่าการพองตัวของเอกภพช่วงต้น(early cosmic inflation) ทฤษฎีการพองตัวนี้ใช้เพื่อตอบคำถามให้กับปัญหาหลายอย่างเกี่ยวกับบิ๊กแบง แต่เราไม่เคยพิสูจน์การพองตัวได้เลย คลื่นความโน้มถ่วงช่วงไมโครเฮิร์ตซ์จึงอาจจะเป็นคำตอบ เมื่อทางทฤษฎีแล้ว การพองตัวของเอกภพช่วงต้นน่าจะสร้างคลื่นไมโครเฮิร์ตซ์ไปทั่วเอกภพ เอกภพน่าจะสั่นสะเทือนด้วยคลื่นชนิดนี้ เหมือนกับเสียงสะท้อนกลับจากระฆังที่แผ่วเบา  

     ในบทความที่เพิ่งเผยแพร่ในวารสาร Physical Review Letters นักวิจัย Diego Blas จากแผนกฟิสิกส์ UAB และสถาบันเพื่อฟิสิกส์พลังงานสูง(IFAE) และ Alexander Jenkins จาก UCL ได้ระบุว่าก็มีเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงในธรรมชาติอยู่สภาพแวดล้อมไม่ไกลนัก คือ ระบบโลก-ดวงจันทร์ คลื่นความโน้มถ่วงชนกับระบบนี้อย่างคงที่ได้สร้างความแปรผันน้อยนิดในวงโคจรดวงจันทร์

     แม้ว่าความแปรผันจะน้อยมาก แต่ Blas และ Jenkins วางแผนที่จะใช้ประโยชน์จากความจริงที่ว่าเราทราบตำแหน่งที่แน่นอนของดวงจันทร์ในระดับความคลาดเคลื่อนถึงหน่วยเซนติเมตร ต้องขอบคุณการใช้เลเซอร์ที่ส่งจากหอสังเกตการณ์ต่างๆ อย่างต่อเนื่องเพื่อสะท้อนจากกระจกที่ติดตั้งบนพื้นผิวดวงจันทร์โดยปฏิบัติการอพอลโลและอื่นๆ ความแม่นยำที่ไม่น่าเชื่อโดยมีระดับความคลาดเคลื่อนหนึ่งในหนึ่งพันล้านส่วน จะเป็นสิ่งที่ช่วยให้ตรวจจับการรบกวนเล็กน้อยที่เกิดจากคลื่นความโน้มถ่วงโบราณได้ วงโคจรของดวงอาทิตย์ซึ่งยาวราว 28 วันซึ่งเทียบแล้วจะมีความไวเป็นพิเศษในช่วงไมโครเฮิร์ตซ์ ซึ่งเป็นช่วงความถี่ที่นักวิจัยกำลังสนใจกัน

       ในขณะเดียวกัน พวกเขายังได้เสนอให้ใช้ข้อมูลระบบดาวคู่แห่งอื่นในเอกภพ ก็อาจเป็นเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงได้ โดยเฉพาะกรณีระบบคู่ที่มีพัลซาร์ที่กระจายอยู่ทั่วกาแลคซี เป็นระบบที่ลำคลื่นจากพัลซาร์ช่วยให้ทราบการหมุนรอบตัวของดาวเหล่านี้ด้วยความแม่นยำที่สูงมากๆ(ในระดับหนึ่งในล้านส่วน) จากวงโคจรในระดับหลายสัปดาห์ จะไวต่อคลื่นความโน้มถ่วงที่ผ่านไปในช่วงความถี่ไมโครเฮิร์ตซ์เป็นพิเศษ Blas และ Jenkins สรุปว่าระบบเหล่านี้น่าจะมีศักยภาพเป็นเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงชนิดเหล่านี้ได้

      ด้วยเครื่องตรวจจับที่มีในธรรมชาติเหล่านี้ในช่วงความถี่ไมโครเฮิร์ตซ์ Blas และ Jenkins ก็สามารถเสนอการศึกษาคลื่นโน้มถ่วงรูปแบบใหม่ ซึ่งเปล่งจากเอกภพอันไกลโพ้นได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง คลื่นที่เกิดขึ้นได้จากการแปรสภาพในสถานะพลังงานสูงในเอกภพยุคต้น ซึ่งเห็นได้ทั่วไปในแบบจำลองหลายงาน

      สิ่งที่น่าสนใจที่สุดบางทีอาจจะเป็นว่าวิธีการนี้เมื่อใช้ควบกับปฏิบัติการของนาซา/อีซา ในอนาคตอย่าง LISA และหอสังเกตการณ์ที่มีส่วนร่วมในโครงการ SKA(Square Kilometer Array) เพื่อบรรลุเกือบครอบคลุมคลื่นความโนมถ่วงทั้งหมดตั้งแต่ นาโนเฮิร์ตซ์(SKA) จนถึง เซนติเฮิร์ตซ์(LIGO/Virgo) การครอบคลุมมีความสำคัญอย่างยิ่งในการได้ภาพวิวัฒนาการเอกภพที่แม่นยำเช่นเดียวกับ องค์ประกอบของมัน Blas อธิบาย การรวมช่วงไมโครเฮิร์ตซืมีความท้าทายซึ่งขณะนี้อาจจะเข้าถึงได้โดยไม่จำเป็นต้องสร้างเครื่องตรวจจับใหม่ และทำแค่เพียงสำรวจวงโคจรของระบบที่เราก็รู้จักดีอยู่แล้ว ความเชื่อมโยงระหว่างมุมมองพื้นฐานของเอกภพ กับวัตถุทางกายภาพ นั้นน่าทึ่งเป็นพิเศษและสามารถนำไปสู่การตรวจจับสัญญาณเริ่มแรกสุดที่เราเคยเห็นมา และจะเปลี่ยนสิ่งที่เรารู้เกี่ยวกับอวกาศได้

แหล่งข่าว sciencedaily.com : Moon’s orbit proposed as a gravitational wave detector
                universetoday.com : astronomers could detect gravitational waves by tracking the Moon’s orbit around the Earth