คลื่นความโน้มถ่วง LISA การตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบโดยใช้ คลื่นความโน้มถ่วง มนุษยชาติกำลังประสบกับการปฏิวัติทางดาราศาสตร์ จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้เราได้อาศัยสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น แสงในการค้นพบจากสวนหลังบ้านของระบบสุริยะของเรา ไปจนถึงสุดขอบจักรวาลโดยใช้กล้องโทรทรรศน์ ขณะนี้ด้วยการตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงครั้งแรกในประวัติศาสตร์เมื่อวันที่ 14 กันยายน 2015 เอกภพใหม่ทั้งหมดกำลังรอเราอยู่
ซึ่งหนึ่งในนั้นเราสามารถวิเคราะห์ระลอกคลื่น แห่งกาลอวกาศที่พัดผ่านเราจากการชนกันของหลุมดำ และอาจเป็นไปได้ว่าโลกต่างดาว ขณะที่พวกมันโคจรรอบโลก ในการศึกษาที่เผยแพร่เมื่อวันที่ 8 กรกฎาคม 2019 ในดาราศาสตร์ธรรมชาติ กลุ่มนักวิจัยได้สำรวจความเป็นไปได้ในประการหลัง ที่จะเปิดเผยดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ หรือดาวเคราะห์นอกระบบที่อาจมองไม่เห็น ด้วยเทคนิคทางดาราศาสตร์แบบดั้งเดิม เราเสนอวิธีการที่ใช้คลื่นความโน้มถ่วง
เพื่อค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบที่โคจรรอบดาวแคระขาวคู่ นิโคลัส ทามานินีจากสถาบันมักซ์พลังค์สำหรับฟิสิกส์ความโน้มถ่วง สถาบันอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์หรือ AEI ในเมืองพ็อทซ์ดัม ประเทศเยอรมนีกล่าวในแถลงการณ์ จนถึงตอนนี้คลื่นความโน้มถ่วงที่เกิดจากการชนกันขนาดใหญ่ในจักรวาลลึก ได้รับการตรวจพบโดยหอดูดาว 2 แห่ง ได้แก่ หอดูดาวคลื่นความโน้มถ่วงด้วยเลเซอร์อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ LIGO ซึ่งใช้เครื่องตรวจจับ 2 แห่งในวอชิงตันและหลุยเซียน่า
รวมถึง Virgo interferometer ใกล้เมืองปิซาในอิตาลี ทั้ง 2 โครงการใช้อาคารรูปตัว L ซึ่งเป็นที่ตั้งของเลเซอร์อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ขั้นสูง ที่สามารถตรวจจับความผันผวนของระยะทาง เมื่อคลื่นความโน้มถ่วงเคลื่อนผ่านโลกของเรา LIGO เป็นคนแรกที่ตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงที่ไอน์สไตน์ตั้งทฤษฎีไว้เมื่อกว่าศตวรรษที่แล้ว และตอนนี้ทั้ง LIGO และ Virgo ทำงานร่วมกันเพื่อตรวจจับการชนกันของหลุมดำ และดาวนิวตรอนอย่างสม่ำเสมอ
ในปีพ.ศ. 2560 มีเหตุการณ์สำคัญทางประวัติศาสตร์อีกครั้ง เมื่อตรวจพบทั้ง คลื่นความโน้มถ่วง และรังสีแกมมาในเวลาเดียวกัน เมื่อดาวนิวตรอน 2 ดวงชนกันในกาแลคซีที่อยู่ห่างออกไป 130 ปีแสง เหตุการณ์นี้เปิดตัวยุคใหม่ของดาราศาสตร์แบบหลายสาร ที่ช่วยให้นักดาราศาสตร์สามารถระบุตำแหน่งของเหตุการณ์ เข้าใจกลไกทางกายภาพที่อยู่เบื้องหลัง การระเบิดของรังสีแกมมาในช่วงเวลาสั้นๆ ยืนยันว่าดาวนิวตรอนที่ชนกันเป็นตัวการ และให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับนิวเคลียร์
กระบวนการผลิตธาตุหนัก เช่น ทองคำและทองคำขาวในจักรวาล เปิดตัวเครื่องตรวจจับสู่อวกาศ ด้วยความก้าวหน้าที่น่าทึ่งเหล่านี้ที่อำนวยความสะดวก โดยความสามารถใหม่ของเราในการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง อนาคตจะเป็นอย่างไร ทำไมไม่ลองส่งหอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงขึ้นสู่อวกาศ ดังที่ได้กล่าวไว้ในการศึกษาดาราศาสตร์ธรรมชาติ เสาอากาศอวกาศเลเซอร์อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ LISA ที่วางแผนไว้จะทำเช่นนั้น และความไวสูงของมัน
ซึ่งจะทำให้เรามองเห็นเป้าหมายของจักรวาล ที่ซ่อนตัวอยู่ในความมืดในรูปลักษณ์ใหม่ หนึ่งในเป้าหมายเหล่านี้จะเป็นระบบดาวแคระขาวคู่ ซึ่งอาจมาพร้อมกับดาวเคราะห์นอกระบบที่โคจรรอบ มีมวล 50 เท่ามวลโลกขึ้นไป ซึ่งไม่สามารถมองเห็นได้โดยใช้เทคนิคการตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบในปัจจุบัน ตามทฤษฎีแล้วลิซ่าจะไวต่อคลื่นความโน้มถ่วง ที่มาจากดาวคู่แคระขาวทั่วทั้งกาแลคซีของเรา LISA จะวัดคลื่นความโน้มถ่วงจากดาวคู่แคระขาวหลายพันดวง
ทามานินีกล่าวเมื่อดาวเคราะห์โคจรรอบดาวแคระขาวคู่หนึ่ง รูปแบบคลื่นความโน้มถ่วงที่สังเกตได้จะดูแตกต่างไป เมื่อเทียบกับดาวคู่ที่ไม่มีดาวเคราะห์ การเปลี่ยนแปลงลักษณะเฉพาะในรูปคลื่นความโน้มถ่วงนี้ จะทำให้เราค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบได้ ดาวแคระขาวเป็นซากศพของดาว คล้ายดวงอาทิตย์ที่หมดเชื้อเพลิงและตายไปนานแล้ว ดวงอาทิตย์ของเราจะหมดเชื้อเพลิงในอีกประมาณ 5 พันล้านปี ซึ่งจะทำให้มันพองตัวเป็นดาวยักษ์แดง
หลังจากระยะดาวยักษ์แดง ดาวฤกษ์จะคลายชั้นของพลาสมาร้อน เกิดเป็นเนบิวลาดาวเคราะห์ ทิ้งวัตถุหมุนเล็กๆเท่าโลกไว้ จากนั้นวัตถุที่มีความหนาแน่นนี้จะถูกบดขยี้ ภายใต้แรงโน้มถ่วงอันมหาศาลของมันเอง ทำให้เกิดเป็นก้อนสสารที่เสื่อมสภาพ ดาวแคระขาวได้รับการศึกษาเป็นอย่างดี และเป็นตัวแทนของช่วงสุดท้ายของชีวิตบนดวงอาทิตย์ของเรา แต่พวกมันอาจเป็นวัตถุล้ำค่าในการแสวงหาโลกใหม่ ที่อยู่ไกลออกไปนอกระบบสุริยะของเรา
ตัวอย่างเช่นหากดาวแคระขาว 2 ดวงโคจรรอบกันเป็นระบบดาวคู่ การรบกวนจากแรงโน้มถ่วงที่เกิดขึ้นจะทำหน้าที่เหมือนของเล่นเด็กหมุนวนในสระว่ายน้ำ ระลอกคลื่นในกาลอวกาศจะแพร่กระจายไปทุกทิศทุกทาง พัดพาพลังงานออกจากดาวฤกษ์ที่โคจรรอบความเร็วแสง เครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงในปัจจุบัน สามารถวัดได้เฉพาะกาลปะทะกันของจักรวาลที่ทรงพลังที่สุดเท่านั้น แต่ด้วย LISA เหตุการณ์ที่ละเอียดอ่อนกว่านี้ซึ่งสร้างสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงที่อ่อนกว่า
ซึ่งอยู่ใกล้แค่เอื้อม ปัจจุบันนักดาราศาสตร์ใช้วิธีหลัก 2 วิธีในการตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบ ที่โคจรรอบดาวฤกษ์ดวงอื่น ได้แก่ วิธีความเร็วแนวรัศมี ซึ่งใช้สเปกโตรมิเตอร์ที่มีความไวสูง ซึ่งติดอยู่กับกล้องโทรทรรศน์ที่สามารถตรวจจับการเลื่อนดอปเปลอร์ ที่เกิดจากดาวเคราะห์นอกระบบที่โคจรรอบและวิธีผ่านหน้าซึ่ง NASA’s กล้องโทรทรรศน์อวกาศเคปเลอร์และอื่นๆ ใช้เพื่อตรวจจับความสว่างของดาวฤกษ์ที่ลดลงเล็กน้อย ในขณะที่โลกโคจรอยู่ข้างหน้า
แม้ว่าดาวเคราะห์นอกระบบมากกว่า 4,000 ดวงถูกค้นพบโดยใช้ 2 วิธีนี้เป็นหลัก แต่ดาวเคราะห์นอกระบบบางดวงยังคงซ่อนอยู่ และในกรณีของดาวแคระขาวคู่ เรารู้เพียงเล็กน้อยว่าพวกมันสามารถเป็นที่อยู่ของดาวเคราะห์นอกระบบได้หรือไม่ แต่ถ้า LISA สามารถวัดระลอกคลื่นอวกาศ เวลาที่เล็ดลอดออกมาจากระบบเหล่านี้ได้ มันก็อาจตรวจพบการดึงเล็กน้อยของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะขณะที่พวกมันโคจร
ในลักษณะเดียวกับวิธีความเร็วในแนวรัศมี ที่วัดการเลื่อนดอปเลอร์ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า โดยใช้คลื่นความโน้มถ่วงเท่านั้นแทน LISA เป็นโครงการที่นำโดยองค์การอวกาศยุโรป และปัจจุบันมีกำหนดเปิดตัวในปี 2034 ประกอบด้วยยานอวกาศ 3 ลำที่บินอยู่ในขบวน พวกมันจะส่งลำแสงเลเซอร์ที่มีความแม่นยำสูงไปยังอีกลำหนึ่ง เพื่อสร้างอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์เลเซอร์รูปสามเหลี่ยมด้านเท่าขนาดมหึมา โดยแยกยานอวกาศแต่ละลำออกจากกัน 1.5 ล้านไมล์
ดังนั้น LISA จะเป็นอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ที่ใหญ่กว่าทุกสิ่ง ที่เรามีหรือเคยมีบนโลกเป็นล้านเท่า LISA กำลังจะพุ่งเป้าไปยังประชากรนอกระบบสุริยะที่ยังไม่ถูกตรวจสอบทามานินีกล่าวเสริม จากมุมมองทางทฤษฎีไม่มีอะไรขัดขวางการมีอยู่ของดาวเคราะห์นอกระบบรอบดาวแคระขาวที่มีขนาดกะทัดรัด หากพบว่าระบบดาวแคระขาวคู่เหล่านี้ มีดาวเคราะห์นอกระบบด้วย พวกมันจะช่วยให้เราเข้าใจได้ดีขึ้นว่าระบบดาวอย่างเราวิวัฒนาการอย่างไร
รวมถึงดาวเคราะห์สามารถอยู่รอดได้ หรือไม่หลังจากที่ระบบดาวคู่ของพวกมันหมดเชื้อเพลิงและตาย นักวิจัยยังชี้ให้เห็นว่าพวกเขาสามารถเปิดเผยได้ว่า มีดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะรุ่นที่ 2 เช่น ดาวเคราะห์ที่ก่อตัวหลังระยะดาวยักษ์แดงหรือไม่
บทความที่น่าสนใจ : คณิตศาสตร์ แนะนำวิธีช่วยให้เด็กเรียนรู้คณิตศาสตร์
