Kính thiên văn Einstein sẽ săn tìm sóng hấp dẫn – những gợn sóng nhỏ xíu trong cơ cấu của không-thời gian mà thuyết tương đối tổng quát của Albert Einstein đã dự đoán. (Ảnh: ASPERA)
Các nhà nghiên cứu vừa phác thảo các kế hoạch xây dựng đài thiên văn sóng hấp dẫn thế hệ mới sẽ nhạy hơn 100 lần so với những thiết bị hiện có. Kính thiên văn Einstein, ước tính trị giá khoảng 790 triệu bảng Anh và hoàn thành vào năm 2025, sẽ nhắm tới mục tiêu phát hiện trực tiếp ra những làn sóng hấp dẫn và nỗ lực đi tìm nguồn gốc và bản chất của chúng. Nó sẽ khác với những máy dò sóng hấp dẫn hiện có ở chỗ sẽ xây dựng dưới lòng đất.
Các nhà hiện đang tiến hành phác thảo một thiết kế kĩ thuật chi tiết cho Kính thiên văn Einstein, dự kiến kế hoạch hoàn tất vào năm 2017, đồng thời lựa chọn địa điểm xây dựng. Chiếc kính thiên văn trên là một trong bảy dự án mà mạng lưới Khu vực Nghiên cứu Thiên văn Hạt sơ cấp châu Âu (ASPERA) đề xuất, với các nhà tài trợ gồm Ủy ban châu Âu, phòng thí nghiệm vật lí hạt cơ bản CERN, và 17 quốc gia, trong đó có Đức, Nga và Anh.
Sóng hấp dẫn là những gợn sóng trong cơ cấu của không-thời gian mà lí thuyết tương đối tổng quát của Einstein dự đoán là phải ngập tràn vũ trụ. Kính thiên văn Einstein – được biết là đài thiên văn sóng hấp dẫn thế hệ thứ ba – có thiết kế tương tự như những phòng thí nghiệm hiện có như đài thiên văn sóng hấp dẫn LIGO ở Hanford, Washington, và Livingston, Louisiana, Mĩ.
LIGO hoạt động qua hai giao thoa kế dài 4km đặt vuông góc nhau, trong đó một chùm laser bị tách ra và gửi đi theo mỗi cánh tay giao thoa. Sau đó, hai chùm tia phản xạ khỏi khối lượng tử đặt tại đầu mỗi cánh tay và phản hồi trở lại điểm xuất phát của chúng, ở đó chúng giao thoa với nhau. Mọi con sóng hấp dẫn đang đi qua sẽ làm cho một cánh tay hơi dài hơn và cánh tay kia hơi ngắn hơn một chút, vì thế làm thay đổi hình ảnh giao thoa, với biểu hiện có thể đo được.
Triển khai trong lòng đất
Kính thiên văn Einstein sẽ nghiên cứu toàn bộ ngưỡng tần số sóng hấp dẫn – từ 1 Hz đến 10 kHz – từ những nguồn phát thiên văn học có thể đo được trên Trái đất. Đài thiên văn trên sẽ được xây dựng dưới lòng đất ở độ sâu khoảng 100-200 m và sẽ gồm ba máy dò dưới lòng đất, mỗi máy gồm hai cánh tay giao thoa kế dài 10 km.
Một trong các giao thoa kế sẽ phát hiện những tín hiệu sóng hấp dẫn thấp tần từ 2 đến 40 Hz, trong khi những giao thoa kế kia sẽ phát hiện những tín hiệu tần số cao hơn. “Thực tế Kính thiên văn Einstein sẽ được xây dựng dưới lòng đất cho phép chúng ta mở rộng cánh cửa độ nhạy xuống đến những tần số thấp hơn, thí dụ như những tần số dưới 10 Hz”, phát biểu của Andreas Freise, ở trường Đại học Birmingham, Anh quốc, người đứng đầu nhóm thiết kế quang học của chiếc kính thiên văn trên. “Nhiều tín hiệu sóng hấp dẫn, thí dụ, từ những lỗ đen đang va chạm phát ra, sẽ có một dấu hiệu đáng kể trong ngưỡng đó”.
LIGO hiện đang được nâng cấp lên LIGO Cao cấp, khiến nó nhạy hơn gấp 10 lần. Theo Freise, các nhà vật lí trông đội LIGO Cao cấp sẽ thực hiện sự dò tìm trực tiếp đầu tiên của sóng hấp dẫn, nhưng vì Kính thiên văn Einstein sẽ còn nhạy hơn gấp 10 lần, cho nên người ta kì vọng nó sẽ ước tính nguồn phát của sóng hấp dẫn và cung cấp thông tin về môi trường hấp dẫn cục bộ xung quanh chúng một cách tốt hơn.
Nguồn: physicsworld.com
