Tìm thấy bằng chứng quang học của sóng hấp dẫn

Bị khóa trong một quỹ đạo xoắn ốc ôm lấy nhau, tàn dư siêu đặc của hai ngôi sao chết đang cung cấp cho các nhà thiên văn bằng chứng cần thiết để xác nhận một trong những dự đoán của Einstein về Vũ trụ.

Một hệ sao đôi ở cách chúng ta khoảng 3.000 năm ánh sáng, SDSS J065133.338+284423.37 (viết tắt J0651 cho gọn) có chứa hai sao lùn trắng đang quay nhanh xung quanh nhau – mỗi vòng quỹ đạo mất 12,75 phút. Hệ sao được phát hiện ra hồi tháng 4 năm 2011, và kể từ đó các nhà thiên văn đã hướng những đôi mắt của họ - bốn chiếc kính thiên văn đặt ở khắp thế giới – quan sát nó để xem có thể nhìn thấy những hiệu ứng hấp dẫn mà Einstein đã tiên đoán hay không.

Hai sao lùn trắng trong hệ SDSS J065133.338+284423.37 đang chuyển động xoắn ốc vào nhau. Ảnh: D. Berry/NASA GSFC

Theo Einstein, không-thời gian tự nó là một cấu trúc, trong đó tất cả các vật thể vũ trụ - các hành tinh, sao, thiên hà – cư trú. Mỗi vật thể có khối lượng tạo ra một “vết lõm” trong cấu trúc này theo mọi chiều; vật có khối lượng càng lớn thì vết lõm đó càng “sâu”. Năng lượng ánh sáng truyền đi theo đường thẳng, nhưng khi nó gặp những chỗ lõm này nó bị dìm vào và bị đổi hướng, một hiệu ứng chúng ta nhìn thấy từ Trái đất dưới dạng sự khúc xạ hấp dẫn.

Einstein còn dự đoán rằng những vật thể khối lượng hết sức lớn, đang quay nhanh – ví dụ như một cặp sao lùn trắng – sẽ tạo ra những gợn sóng lan tỏa ra ngoài trong không-thời gian cuối cùng sẽ “lấy trộm” động năng khỏi chính những vật đó. Những sóng hấp dẫn này sẽ rất yếu nhưng, trên lí thuyết, có thể quan sát được.

Cái các nhà nghiên cứu đứng đầu là một đội tại trường Đại học Texas ở Austin, Mĩ, vừa tìm thấy là bằng chứng quang học của sóng hấp dẫn đang làm các ngôi sao trong hệ J0651 chậm đi. Quan sát thấy lúc đầu hồi năm 2011 là hai ngôi sao che khuất nhau (khi nhìn từ Trái đất) chừng sáu phút một lần, nhưng nay hai ngôi sao đó che khuất nhau sớm hơn 6 giây. Giá trị này bằng với sự giảm chu kì quỹ đạo đã tiên đoán là khoảng 0,25 mili giây mỗi năm.

“Hai ngôi sao nén này đang quay xung quanh nhau gần đến mức chúng tôi có thể quan sát thấy tác dụng thường bị bỏ qua của sóng hấp dẫn sử dụng một camera tương đối đơn giản trên một chiếc kính thiên văn đã 75 tuổi trong thời gian chỉ có 13 tháng,” phát biểu của tác giả đứng tên đầu của nghiên cứu, J.J. Hermes, một sinh viên tốt nghiệp trường Đại học Texas ở Austin.

Dựa trên những phép đo này, vào tháng 4 năm 2013, hai ngôi sao đó sẽ che khuất nhau sớm hơn 20 giây so với cái quan sát thấy lần đầu. Cuối cùng, chúng sẽ hoàn toàn hợp nhất với nhau.

Mô phỏng một cặp lỗ đen đang gây ra sóng hấp dẫn. Ảnh: C. Reisswig, L. Rezzolla (AEI); Scientific visualization – M. Koppitz (AEI & Zuse Institute Berlin)

Mặc dù đây không phải là sự quan sát “trực tiếp” của sóng hấp dẫn, nhưng nó là bằng chứng được suy luận ra bởi những hiệu ứng đã được tiên đoán của chúng... tương tự như việc nhìn vào những cái đèn lồng trôi nổi trên mặt hồ tối đen lúc ban đêm đang dập dềnh lên xuống mà biết rằng mặt hồ đang có sóng.

Hồi đầu năm ngoái, NASA và ESA đã có một sứ mệnh được đề xuất gọi là LISA (Anten Vũ trụ Giao thoa kế Laser) sẽ đưa một chuỗi 3 máy dò lên vũ trụ ở cự li 5 triệu km, nối với nhau bằng laser. Sự bố trí phi thuyền vũ trụ một cách chính xác như vậy có thể phát hiện ra bất kì sóng hấp dẫn nào trong vùng không-thời gian lân cận, giúp quan sát trực tiếp đối với chúng. Thật không may là sứ mệnh này đã bị hủy do sự cắt giảm ngân sách năm tài chính 2012 đối với NASA, nhưng ESA đang hướng tới phát triển một sứ mệnh sóng hấp dẫn của riêng họ, gọi là eLISA/NGO dự kiến sẽ phóng lên vào năm 2014.

Tham khảo: http://arxiv.org/abs/1208.5051

123physics (thuvienvatly.com)
Nguồn: Universe Today