Công bố phát hiện sóng hấp dẫn thứ hai

Lần thứ hai, các nhà khoa học thuộc các nhóm hợp tác LIGO và Virgo đã nhìn thấy sóng hấp dẫn phát ra từ sự hợp nhất của hai lỗ đen.

Các nhà khoa học thuộc dự án LIGO và Virgo công bố hôm 15/6/2016 rằng họ đã quan sát thấy sóng hấp dẫn phát ra từ hai lỗ đen đang hợp nhất.

Công bố này tiếp nối công bố trước đây của họ, chỉ mới bốn tháng trước, tức là lần đầu tiên phát hiện sóng hấp dẫn, cùng từ một bộ đôi lỗ đen đang hợp nhất.

Phát hiện sóng hấp dẫn đã xác nhận một dự đoán chủ lực của thuyết tương đối rộng năm 1915 của Albert Einstein. Einstein cho rằng mỗi vật có khối lượng tác dụng một lực hút hấp dẫn lên mọi thứ xung quanh nó. Khi một vật có khối lượng lớn chuyển động, lực hút của nó biến đổi, và sự biến đổi đó được truyền đi dưới dạng sóng hấp dẫn.

Lực hấp dẫn là lực yếu nhất trong các lực đã biết cho đến nay, nhưng nếu một vật có khối lượng đủ lớn và gia tốc đủ nhanh, thì nó tạo ra sóng hấp dẫn đủ mạnh để quan sát được trên thực nghiệm. Sử dụng laser và gương, LIGO, hay Đài thiên văn Sóng hấp dẫn Giao thoa kế Laser, đã bắt được hai bộ dữ liệu sóng hấp dẫn.

LIGO gồm hai giao thoa kế khổng lồ ở Livingston, Louisiana, và Hanford, Washington. Trong một giao thoa kế, một chùm laser được tách làm đôi và gửi đi theo hai cánh tay vuông góc nhau. Tại cuối mỗi cánh tay, các chùm tia phân tách đó bị phản xạ bởi gương và quay trở lại tái kết hợp ở trung tâm dụng cụ. Nếu có sóng hấp dẫn đi qua các chùm tia khi chúng truyền đi, thì nó làm dãn không-thời gian theo một chiều và làm nén không-thời gian theo chiều kia, tạo ra sự chênh lệch giữa hai chùm tia.

Các nhà khoa học thuộc dự án Virgo đang hợp tác với các nhà khoa học LIGO để phân tích dữ liệu của họ.

Với quan sát thứ hai này, “bây giờ chúng ta đã có một đài thiên văn thật sự”, phát biểu của Gabriela Gonzalez, phát ngôn viên LIGO và giáo sư vật lí và thiên văn học tại Đại học Louisiana, trong một cuộc họp báo tại cuộc họp thường niên của Hội Thiên văn học Hoa Kì.

Khám phá mới trên đã được chấp thuận cho công bố trên tạp chí Physical Review Letters.

Vào đêm Giáng sinh năm 2015, một tín hiệu truyền đi khoảng 1,4 tỉ năm ánh sáng đã chạm tới hai detector LIGO. Sự hợp nhất của hai lỗ đen xa xôi gây ra một chuyển dịch nhỏ xíu trong cấu trúc của không-thời gian, tương đương với việc làm biến đổi khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trời một lượng bằng một phần nhỏ của đường kính nguyên tử.

Hai lỗ đen có khối lượng lần lượt gấp 14 và 8 lần khối lượng mặt trời, và chúng hợp nhất thành một lỗ đen bằng 21 khối lượng mặt trời. Nghe có vẻ to lớn, nhưng hai lỗ đen này không là gì so với hai lỗ đen đã đem lại khám phá đầu tiên, chúng lần lượt bằng 36 và 29 khối lượng mặt trời.

“Cái rất có ý nghĩa là hai lỗ đen này nhẹ hơn nhiều so với hai lỗ đen đã quan sát thấy trong phát hiện đầu tiên,” Gonzalez phát biểu trong một thông cáo báo chí. “Do khối lượng nhỏ hơn của chúng so với phát hiện ban đầu, nên chúng diễn ra lâu hơn – khoảng một giây – trong dải tần nhạy của các detector.”

Các detector LIGO đã nhìn thấy gần 30 vòng quỹ đạo sau cuối của hai lỗ đen trước khi chúng hợp nhất, Gonzalez cho biết trong buổi họp báo.

Đợt chạy thu thập dữ liệu tiếp theo của LIGO sẽ diễn ra vào mùa thu tới. Detector Virgo, đặt ở gần Pisa, Italy, được trông đợi đi vào hoạt động vào đầu năm 2017. Các detector sóng hấp dẫn khác hiện đang được triển khai ở Nhật Bản và Ấn Độ.

Các detector mới không chỉ tìm bằng chứng của sóng hấp dẫn, mà còn truy nguyên ra nguồn gốc của chúng.

Nói ví von thì LIGO “giống như một cái microphone” thu lấy âm thanh “reng reng” đến từ những sự kiện này, Gonzalez nói.

Sự kiện tiếp theo mà các nhà khoa học đang hi vọng “nghe được” là sự hợp nhất của một cặp sao neutron, theo lời David Reitze đến từ Caltech, giám đốc quản trị của phòng thí nghiệm LIGO.

Trong khi hai lỗ đen hợp nhất chẳng được trông đợi phát ra ánh sáng, thì một cặp sao neutron đang trong quá trình co sụp vào nhau sẽ tạo ra vô vàn tia gamma, tia X, ánh sáng hồng ngoại và cả các neutrino có thể quan sát được.

Trong tương lai, các thợ săn sóng hấp dẫn hi vọng có thể cảnh báo trước cho các nhà thiên văn học biết trước một sự kiện với đủ thời gian và độ chính xác để cho phép họ tập trung trang thiết bị của họ vào khu vực và nhìn thấy những tín hiệu đó.

Nguồn: Symmetry Magazine