คลื่นความโน้มถ่วงพื้นหลังจากเอกภพยุคเริ่มแรก

Gravitational-Wave Backgrounds from the Early Universe

Abstract

ภายในวินาทีแรก เอกภพของเราวิวัฒน์ในสถานะพลังงานสูง ตั้งแต่การพองตัวเริ่มแรกของเอกภพ (Primordial inflation) ที่มีสเกลพลังงาน 10¹⁶ GeV จนถึงการสังเคราะห์นิวเคลียสของอะตอมในจักรวาล (Big Bang nucleosynthesis) ที่มีสเกลพลังงาน 10^-3 GeV การศึกษาเอกภพยุคเริ่มแรกถือเป็นการก้าวข้ามพรมแดนความรู้ด้านฟิสิกส์ทฤษฎีและฟิสิกส์อนุภาครวมถึงจักรวาลวิทยาที่ช่วยให้เราเข้าถึงความจริงของธรรมชาติได้ลึกซึ้งมากยิ่งขึ้น เนื่องจากแรงโน้มถ่วงเป็นแรงที่อ่อนที่สุดในแรงพื้นฐานทั้งสี่ สัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงพื้นหลัง (Gravitational-wave background) ที่ถูกสร้างขึ้นในจักรวาลยุคเริ่มแรกนี้สามารถบันทึกข้อมูล ณ ห้วงเวลานั้น และส่งผ่านมันมายังเวลาปัจจุบันได้ คลื่นความโน้มถ่วงพื้นหลังจึงสามารถช่วยให้เราศึกษาเอกภพและฟิสิกส์ที่พลังงานสูงมากได้ นอกจากนี้ไม่มีการสังเกตการณ์ทางธรรมชาติหรือการทดลองอื่นใด เช่น การศึกษาฟิสิกส์ดาราศาสตร์ การศึกษารังสีไมโครเวฟพื้นหลัง และการทดลองด้วยเครื่องเร่งอนุภาค ที่จะสามารถศึกษาฟิสิกส์ที่พลังงานสูงทัดเทียมกับฟิสิกส์ที่เราเรียนรู้ได้จากคลื่นความโน้มถ่วง บทความนี้ได้สรุปความรู้พื้นฐานที่เกี่ยวข้องกับสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงพื้นหลัง สิ่งที่เราสามารถเรียนรู้ได้จากมัน มากไปกว่านั้นเราได้จำแนกระบบทางฟิสิกส์หลัก ๆ ในเอกภพยุคเริ่มแรกที่เป็นต้นกำเนิดของสัญญาณเหล่านี้ รวมถึงการทดลองที่มีอยู่และที่จะเกิดขึ้นในอนาคต

คำสำคัญ: เอกภพยุคเริ่มแรก, คลื่นความโน้มถ่วงพื้นหลัง, ฟิสิกส์พลังงานสูง, จักรวาลวิทยา