แม้ว่าวงการวิทยาศาสตร์จะได้ตื่นรู้เกี่ยวกับการคาดการณ์ที่ว่า เอกภพอาจจะมี ดาวมืด (dark star) มาตั้งแต่เมื่อ 243 ปีก่อนก็ตาม จากที่ประชุมของ Royal Society แห่ง London ซึ่งได้เชิญนักธรณีวิทยาของชาวอังกฤษชื่อ John Michell (1724-1793) มาบรรยายในเดือนพฤษภาคม ปี 1783 โดยให้เหตุผลว่า เอกภพอาจจะมีดาวฤกษ์ที่มีมวลมากมหาศาล จนสามารถใช้แรงโน้มถ่วงดึงดูดแสงไม่ให้เล็ดรอดหนีจากดาวได้ และเมื่อไม่มีแสงมาเข้าตา ก็ไม่มีใครสามารถเห็นดาวดวงนั้นได้ ผลที่ตามมาจากการคาดการณ์นี้ คือ เมื่อไม่มีอะไรจะให้เห็น ก็ไม่มีใครจะให้ความสนใจในสิ่งที่ Michell กล่าวถึง
อีก 13 ปีต่อมา Pierre-Simon de Laplace (1749-1827) นักฟิสิกส์-คณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ก็ได้ใช้ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของ Newton คำนวณพบว่า ดาวมืดก็อาจจะมีในธรรมชาติได้เช่นกัน
วันเวลาได้ผ่านพ้นไปจนถึงปี 1916 เมื่อ Albert Einstein (1879–1955) ได้เสนอทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป และตั้งแต่วันนั้นเป็นต้นมา มุมมองของมนุษย์ที่มีต่อเอกภพก็ได้เปลี่ยนไปอย่างถาวร เพราะมนุษย์เริ่มเข้าใจแหล่งที่มาของแรงโน้มถ่วง และปรากฏการณ์ต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นในเอกภพ แต่การพัฒนาต่อยอดความคิดทางทฤษฎีของ Einstein ในเรื่องนี้ยังมีปัญหามาก เพราะสมการอนุพันธ์แบบแยกส่วน (ยartial differential equations; PDE) ที่ Einstein ใช้ในการสร้างทฤษฎีนี้เป็นแบบไม่เป็นเชิงเส้น (non-linear) มีตัวแปรที่ควบคล้ำกัน (coupled) คือ เป็นสมการแบบ hyperbolic และ elliptic ที่ไม่สามารถแก้สมการได้ผลแบบแม่นตรงได้ จึงต้องใช้วิธีประมาณ
บุคคลแรกที่พยายามแก้สมการของ Einstein เพื่อหาคำตอบ คือ นักดาราศาสตร์ชาวเยอรมันชื่อ Karl Schwarzschild (1873-1916) ซึ่งได้หยิบยกงานของ Einstein มาวิเคราะห์ หลังจากที่ผลงานนี้ได้รับการตีพิมพ์เผยแพร่ไม่นาน และขณะนั้นเป็นช่วงเวลาที่สงครามโลกครั้งที่ 1 กำลังดำเนินอยู่ แต่ทหาร Schwarzschild ก็สามารถทำได้สำเร็จ โดยการประมาณให้มวลในสมการมีลักษณะเป็นทรงกลมดิก ไม่มีประจุไฟฟ้าและไม่หมุนรอบตัวเอง คือ คำตอบที่ได้จะเป็นกรณีที่เป็นแบบ static spherical solution และ Schwarzschild ก็ได้พบว่า ถ้ามวลอยู่นิ่ง จะมีผิวทรงกลมสมมติผิวหนึ่งล้อมรอบ โดยที่ทรงกลมนี้มีรัศมี rs = 2GM/c2 เมื่อ rs คือ รัศมี Schwarzschild G, M, c คือ ค่าคงตัวโน้มถ่วงสากล มวลของดาว และความเร็วแสงตามลำดับ รัศมี rs ที่มีชื่อเรียกเป็นทางการว่า ขอบฟ้าของเหตุการณ์ (event horizon) จะเป็นผิวที่กำหนดบริเวณที่แสงจากดาวทะลุออกมาไม่ได้ ซึ่งในกรณีดวงอาทิตย์ ที่มีมวล M = 2x10^30 กิโลกรัม และ c=3x10^8 m/s ส่วน G = 6.67x10^(-11) m^3kg^(-1)s^(-2) ซึ่งจะทำให้รัศมี Schwarzschild ของดวงอาทิตย์ = 3 กิโลเมตร
ในเวลาต่อมา Hans Reissner (1874-1967) ชาวเยอรมันกับ Gunnar Nordström (1991-1923) ชาวฟินแลนด์ ได้พิจารณาดาวที่มีประจุไฟฟ้า และ Roy Kerr (1934-ปัจจุบัน) ชาวนิวซีแลนด์ กับ Ted Newman (1931-ปัจจุบัน) ชาวอเมริกัน ได้พิจารณาดาวกลมที่มีประจุไฟฟ้า และหมุนรอบตัวเองด้วย จนได้สูตรทั่วไปของรัศมี Schwarzschild
ลุถึงปี 1967 John Archibald Wheeler (1911–2008) นักฟิสิกส์ทฤษฎีชาวอเมริกันก็ได้เรียกชื่อดาวมืดของ Michell ว่า หลุมดำ (black hole) และชื่อนั้นก็ได้เป็นที่ยอมรับกันจนทุกวันนี้
การประยุกต์ใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein มีประเด็นที่น่าสนใจมาก ประเด็นหนึ่ง นั่นก็คือ การใช้อธิบายว่า หลุมดำ ถือกำเนิดได้อย่างไร
นักดาราศาสตร์ได้รู้มาเป็นเวลานานแล้วว่า เมื่อดาวฤกษ์ใช้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ (ไฮโดรเจน) ที่มีอยู่ในตัวมันจนหมดสิ้นแล้ว ถ้ามวลของดาวแคระขาวที่เหลือมีค่ามากกว่า 1.4 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ แรงโน้มถ่วงจะชนะความดันภายในดาว และจะดึงดูดเนื้อดาวให้ยุบตัวจนมีสภาพเป็น “จุด” ที่มีความหนาแน่นสูงมากถึงอนันต์ ซึ่งเรียกว่าภาวะเอกฐาน (singularity) ที่ส่งแรงดึงดูดมหาศาลจนแสงหนีออกไปไม่ได้ ในบริเวณรอบตำแหน่ง singularity แรงโน้มถ่วงจะมีค่าน้อยลง ๆ จนถึงที่บริเวณผิว event horizon เป็นบริเวณที่แสงจะทะลุออกไปไม่ได้
เอกภพนั้นมีดาวจำนวนมากนับ 10^23 ดวง ที่เคลื่อนที่อย่างเป็นระเบียบบ้าง และชนกันบ้าง เมื่อหลุมดำเป็นส่วนหนึ่งของเอกภพ ธรรมชาติมีปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับหลุมดำมากมาย เช่น มีการชนกันระหว่างหลุมดำ หรือระหว่างหลุมดำกับดาวนิวตรอน ซึ่งจะเกิดจากการมีปรากฏการณ์ดาวคู่ (binary stars) ที่มีหลุมดำ 2 หลุมโคจรรอบจุดศูนย์กลางมวลของระบบ โดยหลุมดำแต่ละหลุมมี event horizon กับ singularity ของตัวมันเอง คำถาม คือ อะไรจะเกิดขึ้น ถ้ามีหลุมดำ 2 หลุม โคจรรอบกันและกัน
ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein ได้พยากรณ์ไว้ว่า เวลามวลเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง มวลจะแผ่คลื่นออกมา ในทำนองเดียวกันกับประจุไฟฟ้าเวลามีความเร่ง ก็จะแผ่รังสีเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (แสง)
ในปี 1993 Russell A. Hulse (1950-ปัจจุบัน) กับ Joseph H. Taylor (1941-ปัจจุบัน) ได้รับรางวัลโนเบลฟิสิกส์จากผลงานการวัดอัตราการลดขนาดของวงโคจรของระบบดาวนิวตรอนคู่และพบว่า ค่าที่วัดได้สอดคล้องกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein อย่างดีเยี่ยม แต่การวัดนี้มิได้วัดหรือศึกษาธรรมชาติของคลื่นโน้มถ่วงจริง ๆ คือ เป็นการศึกษาโดยทางอ้อมจากระบบดาวนิวตรอนคู่ที่ได้สูญเสียพลังงานไปตลอดเวลา อันเนื่องมาจากการปล่อยคลื่นโน้มถ่วง
การพิสูจน์ว่า คลื่นโน้มถ่วงมีจริงโดยการทดลองจึงถือกำเนิด โดยใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่า LIGO จากคำเต็มว่า Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory ที่เมือง Hanford ในรัฐ Washington กับที่ Livingston ในรัฐ Louisiana สหรัฐอเมริกา ซึ่งอยู่ห่างกัน 3,000 กิโลเมตร ความจำเป็นต้องมี 2 เครื่อง เพราะเวลาคลื่นโน้มถ่วงเดินทางถึงโลก LIGO ทั้งสองเครื่องจะรับคลื่นได้ไม่พร้อมกัน ความแตกต่างเรื่องเวลา ระดับ 10^(-3) วินาที จะสามารถบอกตำแหน่งที่เกิดคลื่นโน้มถ่วงได้ และข้อมูลทางกายภาพของคลื่น เช่น ความยาวคลื่นและความถี่คลื่นที่วัดได้ จะต้องสอดคล้องกันด้วย เพื่อยืนยันว่าเหตุการณ์ได้เกิดจริง
การวิจัยเรื่องหลุมดำตลอดเวลาร่วม 30 ปีที่ผ่านมานี้ ได้พยายามตอบคำถามในหลายประเด็น ทั้งปัญหาที่เป็นทางทฤษฎีและทางปฏิบัติ เช่นว่า เหตุใดหลุมดำจึงหมุนรอบตัวเอง หมุนเพราะมีขั้วแม่เหล็กเดี่ยว (magnetic monopole) อยู่ภายในใช่หรือไม่ หลุมดำควอนตัม หลุมดำสัมพัทธภาพพิเศษ หลุมดำมวลธรรมดา และหลุมดำมวลมหาหนักที่หนัก (supermassive black hole) เป็นพันล้านเท่าของดวงอาทิตย์เกิดขึ้นได้อย่างไร และมันต้องใช้เวลานานเท่าไรจึงมีสภาพได้เช่นนั้น นักคอมพิวเตอร์จะมีวิธีจำลองสถานการณ์การเกิดหลุมดำ โดยใช้เวลาเพียงไม่กี่วินาทีแทนเวลาจริงนับพันล้านปี โดยใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ได้หรือไม่ หลุมดำเกิดก่อนกาแล็กซีหรือกาแล็กซีถือกำเนิดเกิดก่อนหลุมดำ หลุมดำที่มีแต่ตัวเอง มีแต่ singularity และ event horizon โดยไม่มีกาเล็กซีห้อมล้อม (naked black hole) สามารถเกิดขึ้นได้หรือไม่ และถ้ามีหลุมดำชนิดนี้เป็นหลุมดำปฐมกาล (primordial black hole) ที่เกิดหลังเหตุการณ์ Big Bang เล็กน้อย หลุมดำเหล่านี้มีลักษณะและความสำคัญอย่างไร และถ้าหลุมดำมวลต่าง ๆ ชนกันหรือหลุมดำชนกับดาวนิวตรอน ปรากฏการณ์ชนกันนั้น จะทำให้เกิดเหตุการณ์อะไรบ้าง การระเบิด kilonova ที่เกิดจากดาวนิวตรอน 2 ดวงชนกันนั้น สามารถสร้างธาตุหนักได้อย่างไร เพราะการระเบิดนี้ จะมีคลื่นโน้มถ่วง รังสีเอกซ์ และแสงที่ตาเห็นออกมาให้เห็นพร้อมกันด้วย เหตุการณ์ spaghettification ที่วัตถุขณะตกลงสู่หลุมดำจะถูกดึงออกและถูกอัดในแนวตั้งฉาก จนทำให้รูปทรงของวัตถุถูกยึดออกเหมือนเส้นสปาเกตตีนั้น เกิดขึ้นได้อย่างไร นักฟิสิกส์จะสามารถรวมทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปกับทฤษฎีควอนตัมให้เป็นทฤษฎีหนึ่งเดียวได้หรือไม่ (เส้นทางหนึ่งที่หลายคนคิดว่าจะเป็นไปได้ คือ ใช้หลุมดำเป็นเส้นทางในการพิจารณา) และเมื่อหลุมดำทุกหลุมมีอุณหภูมิ ดังนั้นมันจึงสามารถแผ่รังสี Hawking ได้ ตราบถึงวันนี้ ก็ยังไม่มีใครเห็นหรือพบรังสี Hawking เลย ทฤษฎีอุณหพลศาสตร์ของหลุมดำควอนตัมมีรูปแบบเป็นอย่างไร ถ้ารังสี Hawking มีจริง หลุมดำก็จะมีอายุขัยใช่หรือไม่ และอัตราการเติบโตของหลุมดำเป็นอย่างไร ฯลฯ
เหล่านี้คือตัวอย่างของคำถาม ข้อสงสัย และการคาดการณ์ที่ยังไม่มีคำตอบแน่ชัด และนี่ก็คือเหตุผลที่ทำให้ FC ของหลุมดำตื่นคิดและติดตามอย่างชนิดหลับตาไม่ลง
ย้อนอดีตไปเมื่อ 11 ปีก่อน คือ เมื่อวันที่ 14 กันยายน ปี 2015 นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ประสบความสำเร็จในการตรวจรับคลื่นโน้มถ่วงที่มาจากเหตุการณ์หลุมดำสองหลุมชนกัน ณ ตำแหน่งที่อยู่ห่างจากโลก 1,300 ล้านปีแสง โดยหลุมดำทั้งคู่ได้โคจรรอบกันและกันก่อน แล้วการสูญเสียพลังงานโน้มถ่วงที่เกิดขึ้นอย่างตลอดเวลา ได้ทำให้มันโคจรเข้าใกล้กันยิ่งขึ้น ๆ จนในที่สุดก็รวมกันเป็นหลุมดำหลุมเดียว พลังงานที่สูญเสียไปในการชนกันครั้งนั้น ได้ถูกถ่ายทอดไปยังบริเวณที่อยู่รอบหลุมดำทั้งสอง (ปริภูมิ-เวลา, space-time) ทำให้เกิดคลื่นที่มีทั้งความเร็ว ความถี่ และความยาวคลื่น ในลักษณะเดียวกันกับคลื่นน้ำ คลื่นเสียง และคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทั่วไป แต่คลื่นชนิดนี้เป็นคลื่นชนิดใหม่ที่เรียก คลื่นโน้มถ่วง (gravitational wave, GW) การศึกษาวิเคราะห์ลักษณะของคลื่นที่อุปกรณ์ LIGO ได้รับ ทำให้นักฟิสิกส์รู้มวลของหลุมดำทั้งสอง และรู้ความเร็วในการหมุนรอบตัวเองของมันด้วย
เหตุการณ์หลุมดำชนกัน แล้วทำให้เกิดคลื่นโน้มถ่วง ที่มีชื่อเรียกอย่างเป็นทางการว่า GW150914 (15 คือ ปี 2015, 09 คือ เดือนกันยายน และ 14 คือ วันที่โลกได้รับสัญญาณคลื่นโน้มถ่วง)
หลังจากที่ได้วิเคราะห์ลักษณะทางกายภาพของคลื่น เช่น คาบ ความถี่ amplitude แล้ว หอสังเกตการณ์ LIGO ก็ได้ออกแถลงการณ์เมื่อปี 2016 ว่า โลกดาราศาสตร์ได้มีวิธีศึกษาเอกภพเพิ่มขึ้นอีกหนึ่งวิธี นอกเหนือจากดาราศาสตร์แสงที่ตาเห็น ดาราศาสตร์รังสีอินฟราเรด ดาราศาสตร์รังสีเอกซ์ ดาราศาสตร์รังสี ultraviolet ดาราศาสตร์รังสี gamma และดาราศาสตร์คลื่นวิทยุแล้ว ก็ยังมีดาราศาสตร์คลื่นโน้มถ่วงอีกด้วย
การบุกเบิกวิชาดาราศาสตร์คลื่นโน้มถ่วง (gravitational wave astronomy) ได้ทำให้นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ทั้งสามท่าน คือ Rainer Weiss (1932-2025) แห่งสถาบัน MIT ในสหรัฐอเมริกา, Barry Barish (1936-ปัจจุบัน) และ Kip Thorne (1940-ปัจจุบัน) แห่ง Caltech ได้รับรางวัลโนเบลฟิสิกส์ประจำปี 2017 ร่วมกัน
ถึงวันนี้โลกได้มีเครือข่ายศึกษาคลื่นโน้มถ่วงขึ้นอีกหลายแห่งทั่วโลก โดยจะทำงานร่วมกันในนามเครือข่าย LVK (LIGO, Virgo และ KAGRA) โดยห้องปฏิบัติการ Virgo นั้น ติดตั้งอยู่ใกล้เมือง Pisa ในอิตาลี โดยเป็นอุปกรณ์นี้มีแขน 2 ข้าง ที่ยาวข้างละ 3 กิโลเมตร สำหรับ LIGO (original) เอง ก็มี 2 เครื่อง อยู่ที่สหรัฐอเมริกา ด้าน KAGRA (Kamioka Gravitational-Wave Detector) ตั้งอยู่ที่เมือง Kamioka ณ จังหวัด Gifu ในญี่ปุ่น และฝังอยู่ใต้ดินลึก 200 เมตร เพื่อลดการรบกวนที่มาจากการสั่นสะเทือนของสภาพแวดล้อมตัวอุปกรณ์มีแขน 2 แขน ที่ยาวข้างละ 3 กิโลเมตร และวางตัวในแนวตั้งฉากกัน อุปกรณ์นี้ทำงานที่อุณหภูมิ 20 องศาสมบูรณ์ (-253 องศาเซลเซียส) นอกจากนี้ก็มีการสร้างอุปกรณ์ตรวจรับคลื่นโน้มถ่วงอีกในหลายประเทศ เช่น ที่ Maharashtra ในอินเดีย ที่ GEO600 ในเยอรมนี เพื่อร่วมกันวัดศึกษาหลุมดำ ให้ดียิ่งขึ้น เช่น รู้มวล spin และขนาดของขอบฟ้าแห่งเหตุการณ์ เป็นต้น
ด้านเครือข่าย LVK นั้นสามารถรับคลื่นโน้มถ่วงได้หนึ่งคลื่นในทุก 3 วัน และตลอดเวลาที่มีการติดตั้งอุปกรณ์นี้ เครือข่ายสามารถรับคลื่นโน้มถ่วงได้มากกว่า 400 คลื่นแล้ว
เพราะเหตุว่า คลื่นโน้มถ่วงเป็นคลื่นตามขวาง ดังนั้นเวลาคลื่นเดินทางถึงอุปกรณ์ตรวจรับ แขนทั้งสองข้างของอุปกรณ์จะยืดเข้าและยืดออกตลอดเวลาที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่านการใช้แสงเลเซอร์สองลำที่ส่งไปกระทบกระจกที่ติดตั้งอยู่ที่ปลายแขนทั้งสอง ให้แสงสะท้อนกลับมา รวมกัน จะทำให้เกิดการแทรกสอดของคลื่น เพราะแสงใช้เวลาในการเดินทางไป-กลับไม่เท่ากัน ริ้วการแทรกสอดสามารถบอกความยาวคลื่นโน้มถ่วงได้
ความละเอียดในการวัดของอุปกรณ์ นับเป็นความมหัศจรรย์สุดยอดของผลงานทางวิศวกรรมศาสตร์และวิทยาศาสตร์ เพราะสามารถวัดระยะทางบนแขนทั้งสองที่มีความแตกต่างได้ถึง 17x10^(-15) เมตร (femtometer) ซึ่งคิดเป็นระยะทาง 1/10,000 เท่า ของเส้นผ่านศูนย์กลางของอนุภาคโปรตอน
อีก 10 ปีต่อมา ความไวในการรับสัญญาณของอุปกรณ์ก็ได้รับการพัฒนาให้ดียิ่งขึ้นไปอีก เพื่อรับคลื่นโน้มถ่วง GW250114 ที่ได้เดินทางมาถึงโลกเมื่อวันที่ 14 มกราคม ปี 2025 แม้คลื่นโน้มถ่วงนี้จะมีลักษณะที่แตกต่างจากคลื่นโน้มถ่วง GW150914 ไม่มาก แต่ความชัดเจนของสัญญาณคลื่นก็ดียิ่งกว่ามาก ความผิดพลาดที่น้อยนิดนี้ แสดงให้เห็นความถูกต้องที่เกือบสมบูรณ์แบบของอุปกรณ์
GW250114 ได้เกิดขึ้น ณ สถานที่ที่อยู่ห่างจากโลก 1,300 ล้านปีแสง LIGO ณ เวลานั้นได้พบว่า หลุมดำคู่กรณีมีมวลตั้งแต่ 30-40 เท่าของดวงอาทิตย์ สัญญาณที่โลกได้รับมีความชัดเจนมาก และการวัดได้ทำให้นักฟิสิกส์รู้เห็นเหตุการณ์ทั้งหมด ผลงานนี้ได้รับการเผยแพร่ในวารสาร Physical Review Letters ฉบับวันที่ 29 ธันวาคม ปี 2025 โดย K. Chatziioannou แห่ง Caltech กับคณะ
ข้อมูลทั้งหลายดังกล่าวนี้ยังมีประโยชน์ในการทดสอบทฤษฎีที่เกี่ยวข้องกับพื้นที่ผิวของหลุมดำ (ผิวในที่นี้ คือ ผิวของทรงกลมที่มีรัศมียาวเท่ากับรัศมี Schwarzschild และเป็นทฤษฎีที่ Stephen Hawking (1942–2018) ได้เสนอไว้ตั้งแต่ปี 1971 โดยมีใจความสำคัญว่า พื้นที่ผิวทั้งหมดของระบบหลุมดำที่มีอันตรกิริยาต่อกัน จะไม่มีวันลดลง ไม่ว่าหลุมดำเหล่านั้น จะชนกันในลักษณะใด ดังนั้นเวลาหลุมดำรวมตัวกัน ในขณะที่มวลลัพธ์ได้เพิ่มมาก
ในเวลาต่อมา Hawking กับ Jacob Bekenstein (1947-2015) ได้วิจัยต่อยอดและพบว่า พื้นที่ผิวของหลุมดำ เป็นปฏิภาคโดยตรงกับ entropy (S entropy = 2πkAc3/4Gh) เมื่อ k คือ ค่าคงตัว Boltzmann การค้นพบนี้ ได้เริ่มปูทางให้นักฟิสิกส์สร้างทฤษฎี quantum gravity
ในกรณี GW250114 นั้น ในเบื้องต้นหลุมดำมีพื้นที่ผิว 240,000 ตารางกิโลเมตร และเมื่อหลุมดำได้หลอมรวมกันแล้ว พื้นที่ผิวทั้งหมด คือ 400,000 ตารางกิโลเมตร ที่ความเชื่อมั่น 99.999%
Kip Thorne ได้เล่าว่า เมื่อครั้งที่ Hawking ได้ทราบข่าว GW150914 ที่เกิดขึ้นเมื่อปี 2015 นั้น ก็ได้โทรศัพท์มาถาม Thorne ว่า ทฤษฎีพื้นที่ผิวหลุมดำของเขา ได้รับการพิสูจน์ว่าถูกต้องหรือไม่ และ Thorne ก็ได้บอกว่า ข้อมูลที่ได้ ยังไม่ชัดเพียงพอ คือ ถูกต้องที่ระดับความเชื่อมั่น 95% เท่านั้นเอง ทฤษฎีจึงยังไม่ได้รับการยืนยัน
เป็นที่น่าเสียดายที่ถึงปี 2018 Hawking ก็ได้จากโลกไปก่อนที่จะรู้ข่าวการวิเคราะห์คลื่นโน้มถ่วง GW250114
เหตุการณ์ที่เกิดขึ้นอีกรูปแบบหนึ่งในการชนกันระหว่างหลุมดำ คือ ก่อนที่หลุมดำลัพธ์จะสงบนิ่ง มันยังมีการสั่นไหวเหมือนกับการตีระฆัง เวลาเราหยุดตีแล้ว ระฆังก็ยังสั่นไหวอยู่ต่อไป แล้วการสั่นก็จะสลายตัวไปในอัตราเร็วต่าง ๆ กัน และเหตุการณ์สั่นที่เกิดขึ้นนี้ได้เป็นไปตามคำทำนายของ Hawking ทุกประการ
นอกจากอุปกรณ์ เช่น LIGO และ Virgo จะใช้ศึกษาเหตุการณ์การชนของหลุมดำแล้ว นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ก็ยังใช้อุปกรณ์นี้ศึกษาการชนระหว่างดาวนิวตรอน และการชนระหว่างดาวนิวตรอนกับหลุมดำด้วย
ดังเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อเดือนสิงหาคม ปี 2017 โดย LIGO และ Virgo ได้เห็นการชนกันระหว่างดาวนิวตรอนคู่หนึ่ง ซึ่งทำให้เกิดปรากฏการณ์การระเบิด kilonova ที่มีการสังเคราะห์ธาตุหนัก อันได้แก่ ทองคำและตะกั่ว อีกทั้งยังทำให้เกิดรังสีแกมมาที่ตามองไม่เห็น ตลอดไปจนถึงคลื่นวิทยุการระเบิด kilonova ครั้งนั้น จึงเป็นปรากฏการณ์สำคัญในประวัติดาราศาสตร์ ที่มีการรวมดาราศาสตร์วิทยุ ดาราศาสตร์แสง ดาราศาสตร์คลื่นโน้มถ่วงเข้าไว้ในเหตุการณ์เดียวกันเป็นครั้งแรก
ถึงวันนี้เครือข่าย LVK ยังได้ตรวจพบเหตุการณ์การชนกันระหว่างหลุมดำกับดาวนิวตรอน และได้พบหลุมดำที่มีมวลน้อยที่สุดด้วย เหตุการณ์นี้ทำให้นักฟิสิกส์ตระหนักว่า คงมีช่องว่างมวล (mass gap) ระหว่างสิ่งที่เป็นดาวนิวตรอนกับสิ่งที่เป็นหลุมดำ และหลุมดำมวลมากที่สุด ที่พบในการชนนั้นมีมวล 225 เท่าของดวงอาทิตย์ นักดาราศาสตร์จึงกำลังคอยการชนระหว่างหลุมดำมวลซูปเปอร์มาก ซึ่งคงจะทำให้เห็นเหตุการณ์ที่คาดไม่ถึงเป็นแน่
ในอนาคต LVK จะปรับปรุงคุณภาพของอุปกรณ์ LIGO ให้สามารถเห็นเหตุการณ์ที่อยู่ลึกและไกลในอวกาศยิ่งขึ้นไปอีก โดยใช้กล้องโทรทรรศน์ Einstein และสร้าง LIGO ให้อยู่ใต้ดิน โดยมีแขนของอุปกรณ์ยาวข้างละ 10 กิโลเมตร ในโครงการ Cosmic Explorer เพื่อฟังเสียงคลื่นโน้มถ่วงที่เกิดขึ้น ขณะเอกภพมีอายุยังน้อย (คือ น้อยกว่า 1,000 ล้านปี)
ในปี 2035 องค์การ NASA กับ ESA (European Space Agency) ได้มีแผนการจะส่งอุปกรณ์ LISA (Laser Interferometer Space Antenna) ขึ้นอวกาศ LISA จะประกอบด้วยยานอวกาศ 3 ลำ โดยให้ยานอยู่ที่มุมของรูปสามเหลี่ยมด้านเท่า ซึ่งแต่ละด้านมีความยาว 2.5 ล้านกิโลเมตร แล้วใช้แสงเลเซอร์เคลื่อนที่ระหว่างยานดูการเปลี่ยนแปลงระยะทางนี้อย่างละเอียดในระดับ 10^(-10) เมตร เพื่อศึกษาการชนกันระหว่างหลุมดำมวลซูเปอร์หนัก (supermassive black hole) ครับ
อ่านเพิ่มเติม “Experimental studies of black holes: status and future prospects” | Review Article | Published: 25 April 2024 Volume 32, article number 3, (2024)
ศ.ดร.สุทัศน์ ยกส้าน : ประวัติการทำงาน - ราชบัณฑิตสำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์
ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ,นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน,ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย
อ่านบทความ "โลกวิทยาการ" ได้ทุกวันศุกร์
