Các nhà nghiên cứu lần thứ 2 nhận được tín hiệu từ sóng hấp dẫn

0
9

Với 2 lần tìm thấy tín hiệu sóng hấp dẫn, LIGO càng chứng minh được tính chính xác của nó: “Việc phát hiện ra tín hiệu lần thứ 2 cho thấy khám phá lần đầu tiên không chỉ là may mắn”, giáo sư vật lý Duncan Brown thuộc Đại học Syracuse (Mỹ) – một nhà nghiên cứu tại LIGO, cho biết. Hai tín hiệu sóng nhận được chỉ cách nhau vài tháng, chắc chắn sẽ là cơ hội cho LIGO tiếp tục tiến về phía trước.

Cũng giống như phát hiện lần đầu tiên, các gợn sóng vừa phát hiện cũng đến từ sự sáp nhập của hai lỗ đen – thiên thể siêu đặc được hình thành khi một ngôi sao sụp đổ và chết. Trong quá trình sáp nhập, các lỗ đen cuộn vào nhau một cách nhanh chóng, trước khi tạo thành thứ cực kỳ dày đặc. Sóng hấp dẫn sinh ra bởi quá trình này sau đó lan truyền ra ngoài với tốc độ của ánh sáng. Những đợt sóng cuồn cuộn trong không gian gần 1,4 tỷ năm trước, cuối cùng đã đến Trái đất vào ngày 26/12 vừa qua, trước sự chứng kiến của hai đài quan sát LIGO.

Mặc dù sóng thu được được cho là đều bắt nguồn từ các vụ sáp nhập lỗ đen, 2 sự kiện sinh ra chúng cũng có sự khác biệt. Các lỗ đen có liên quan trong phát hiện mới nhỏ hơn nhiều so với cặp lỗ đen đầu tiên. Các thiên thể này nặng gấp 8 – 14 lần khối lượng Mặt Trời của chúng ta, trong khi 2 lỗ đen trong sự kiện đầu tiên gấp khoảng 29 – 36 lần khối lượng Mặt trời.

Vì nhỏ hơn, tín hiệu sóng phát ra cũng yếu đi. Tuy nhiên, kích thước nhỏ của các lỗ đen lần này khiến cho tín hiệu kéo dài hơn. Nguyên nhân là bởi vì các thiên thể có phần ít khổng lồ hơn đã không “kéo” vào nhau một cách mãnh liệt, vì vậy quá trình sáp nhập của chúng mất nhiều thời gian hơn. Do đó, tín hiệu thứ 2 mà LIGO đo được dài hơn con số 0,5 giây của tín hiệu đầu tiên. Thời gian ghi nhận càng nhiều, các nhà khoa học càng có nhiều cơ hội hơn để nghiên cứu quá trình sáp nhập của lỗ đen.

Phát hiện thứ hai cũng chứng tỏ sự sáp nhập lỗ đen này xảy ra khá thường xuyên, và LIGO sẽ có thể thu nhận được thêm nhiều tín hiệu nữa trong tương lai. Phát hiện đầu tiên của LIGO vào tháng 9/2015, và chỉ một vài tháng sau thì họ lại nhận thêm tín hiệu. Thậm chí một tín hiệu thứ 3 có lẽ cũng đến địa cầu vào cuối năm ngoái, nhưng các nhà nghiên cứu lúc bấy giờ không chắc chắn là nó đến từ sóng hấp dẫn.

Lần thứ nhất có thể do sai sót, hay thiếu chính xác; nhưng khi phát hiện ra cùng một dạng tín hiệu những hai lần, các nhà khoa học cho biết họ đã tự tin hơn. Các nhà nghiên cứu giờ đây cho rằng họ có thể bắt đầu sử dụng tín hiệu sóng hấp dẫn, như một công cụ để tìm hiểu thêm về các loại lỗ đen phân bổ khắp vũ trụ.

“Với phát hiện đầu tiên, chúng tôi thực sự đạt được kỳ tích trong cuộc săn tìm sóng hấp dẫn, đánh dấu sự kết thúc của một kỷ nguyên rất dài”, Susan Scott – giáo sư khoa học lượng tử tại Đại học Quốc gia Australia, một người cộng tác với dự án LIGO, cho biết. “Với phát hiện thứ hai này, chúng tôi đã bắt đầu kỷ nguyên của ngành thiên văn sóng hấp dẫn”.

Sóng hấp dẫn là một phần trong thuyết tương đối rộng của Albert Einstein, yếu tố đã tạo nên một cuộc cách mạng vật lý khi nó lần đầu tiên xuất hiện vào năm 1916. Trước đó, không gian và thời gian được xem là 2 khái niệm cố định và không thực sự có bất kỳ tác động nào lẫn nhau. Thuyết tương đối thay đổi quan niệm đó bằng cách kết hợp không gian và thời gian vào một khái niệm duy nhất, gọi là không – thời gian.

Ý tưởng này cho rằng các vật thể thực sự có thể làm uốn cong không – thời gian xung quanh chúng trong khi dịch chuyển; vật thể càng lớn, tác động đến không – thời gian càng sâu sắc. Và khi những đối tượng lớn di chuyển, nó tạo ra những gợn sóng không – thời gian nhấp nhô, hoặc sóng hấp dẫn, giống như việc tạo ra những gợn sóng trong một ao nước.

Albert-Einstein_tinhte.jpg
Ảnh: Youtube

Gần một thế kỷ trôi qua, sóng hấp dẫn được xem như khái niệm cuối cùng thuộc lý thuyết của Einstein chưa được chứng minh. Đó là bởi vì việc phát hiện những gợn sóng này, đòi hỏi phải có sự hỗ trợ của các công cụ khoa học siêu chính xác. Sóng được sản sinh bởi Mặt trời và các hành tinh trong hệ Mặt trời của chúng ta quá yếu để thu nhận từ Trái đất, thế nên các nhà khoa học chọn phương án quan sát sóng hấp dẫn phát ra từ các đối tượng siêu dày đặc xa xôi – chẳng hạn như các lỗ đen và tàn tích của một ngôi sao, thường được gọi là sao neutron.

Nhưng ngay cả khi những con sóng khổng lồ được phát đi từ các thiên thể này, chúng vẫn bị suy yếu đáng kể trong suốt chặng đường dài đi đến Trái Đất, đòi hỏi phải có các thiết bị đo đạc tối tân nhất để ghi nhận. Và đó cũng là nhiệm vụ mà LIGO đảm trách.

song-hap-dan_tinhte_01.jpg
Ảnh: LIGO

song-hap-dan_tinhte_02.jpg

Sử dụng phương pháp này, LIGO đã phát hiện làn sóng đầu tiên vào ngày 14/9/2015, ngay khi nó bắt đầu hoạt động. Sau đó, nhóm nghiên cứu tiếp tục quan sát cho đến ngày 12/1. Ban đầu, nhóm chuyên gia cho biết họ không mong đợi có thể kéo dài việc quan sát, và muốn dừng công việc đó lại trước Giáng Sinh. “Theo dự kiến ban đầu, chúng tôi sẽ ngừng hoạt động và cho phép mọi người thưởng thức kỳ nghỉ”, David Shoemaker, một cộng tác viên tại LIGO và là một nhà khoa học nghiên cứu cấp cao tại Viện MIT Kavli, kể lại. “Nhưng chúng tôi cũng yêu cầu những người điều hành và một số thành viên khác tại đài quan sát ở lại và chờ đợi”.

Đó hóa ra lại là quyết định đúng đắn, khi các nhà khoa học nhận được một tín hiệu ngay trong đêm Giáng sinh, vào khoảng 23:38 phút (ET). Trong suốt quá trình theo dõi của LIGO, các nhà nghiên cứu chạy một loạt các chương trình máy tính liên tục, nhằm phân tích dữ liệu thu được. Các chương trình này có nhiệm vụ so sánh những mẫu mới ghi nhận, với hàng ngàn mẫu đã được xác định trước đó – những tín hiệu được cho là giống với sóng hấp dẫn nhất. Nếu dữ liệu khớp với mẫu, có thể sóng hấp dẫn vừa đi ngang qua. “Điều đó đã xảy ra vào ngày 26 tháng 12, khi một trong những mẫu thu được khớp với một số dữ liệu”, Shoemaker cho biết.

song-hap-dan_tinhte_03.jpg
Hình render một ngôi sao neutron. Ảnh: NASA

Hiện LIGO đã đo đạc được 2 vụ sáp nhập lỗ đen, và các nhà nghiên cứu đang háo hức thu được sóng đến từ tàn dư của các ngôi sao khác nhau – những ngôi sao neutron. Ngoài ra, các nhà khoa học cũng hy vọng có thể nhận được tín hiệu sóng đến từ những nguồn khác, chẳng hạn như một vụ sáp nhập giữa sao neutron và một lỗ đen. Hệ thống hố đen nhị phân cũng là một trong số đó.

Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu hy vọng ghi nhận được nhiều vụ sáp nhập hố đen hơn. Càng có nhiều phát hiện, họ càng có thể tìm hiểu về lỗ đen – một trong những thiên thể bí ẩn nhất vũ trụ. “Nếu chúng ta có thể hiểu được sự phân bố của các hố đen, chúng ta có thể bắt đầu hiểu về dòng đời và cái chết của ngôi sao, hay nói cụ thể hơn là đi tìm lời đáp cho một câu hỏi, rằng chúng ta đến từ đâu và vũ trụ sẽ tiến hóa như thế nào”, Brown nói. “Vì vậy, thực sự vô cùng thú vị khi chúng ta có thể vạch ra lịch sử và sự tiến hóa của vũ trụ, bằng cách quan sát các hố đen sáp nhập vào nhau”

Tham khảo: The Verge, Physical Review Letters

comments