Phát hiện sóng hấp dẫn từ sự hợp nhất lỗ đen và sao neutron

Sóng hấp dẫn đến từ sự hợp nhất của một lỗ đen và một sao neutron có lẽ đã được phát hiện lần đầu tiên. Đó là tuyên bố của các nhà khoa học đang làm việc tại đài thiên văn LIGO và Virgo, họ vừa báo cáo việc nhìn thấy năm tín hiệu sóng hấp dẫn khả dĩ kể từ khi các detector nâng cấp đi vào hoạt động hôm 1 tháng Tư 2019.

Phát biểu tại buổi họp báo hôm 2 tháng Năm, các đại diện của đội nghiên cứu cho biết họ cũng đang nghiên cứu một vụ hợp nhất sao neutron phát hiện trong tháng Tư. Nếu được xác nhận, thì đây sẽ là sự kiện thứ hai như thế mà LIGO và Virgo từng quan sát thấy. Ba sự kiện tiềm năng kia đều là sự hợp nhất các cặp lỗ đen. Bức xạ điện từ không được phát hiện từ bất kì sự kiện nào trong năm sự kiện tiềm năng trên.

LIGO lần đầu tiên gây đình đám hồi tháng Hai 2016, khi các nhà khoa học công bố rằng hai giao thoa kế của nó – mỗi cánh tay dài 4 km – đã lập lịch sử lần đầu tiên tìm thấy sóng hấp dẫn. Tín hiệu đó đến từ sự hợp nhất của hai lỗ đen và kể từ đó các đài thiên văn – tọa lạc ở Louisiana và bang Washington – đã tìm thấy thêm chín sự kiện hợp nhất lỗ đen khác.

Hình minh họa

Thiên văn học đa kênh

Detector sóng hấp dẫn Virgo ở Italy và một phiên bản nâng cấp của đài thiên văn này đã tham gia cuộc săn tìm vào năm 2017 – vừa đúng lúc tham gia phát hiện lần đầu tiên về sóng hấp dẫn đến từ sự hợp nhất của hai sao neutron. Không giống như các phát hiện sóng hấp dẫn trước đó, chúng không xuất hiện kèm với tín hiệu điện từ, sự hợp nhất sao neutron được quan sát thấy bởi một số kính thiên văn trên vùng quang phổ rộng từ sóng vô tuyến đến tia gamma. Đây là lần đầu tiên (và duy nhất, cho đến nay) quan sát thiên văn học đa kênh bao hàm được sóng hấp dẫn và đem lại dồi dào thông tin mới về cái xảy ra khi các sao neutron hợp nhất tạo thành lỗ đen.

Không bao lâu sau phát hiện sao neutron hợp nhất, LIGO và Virgo đóng cửa để nâng cấp trước khi tiếp tục trở lại công việc săn tìm sóng hấp dẫn vào ngày 1 tháng Tư. Vụ hợp nhất sao neutron tiềm năng ấy được tìm thấy hôm 25 tháng Tư và được cho là đã xảy ra cách Trái Đất khoảng 500 triệu năm ánh sáng. Các nhà khoa học từng đoán trước rằng việc nâng cấp các detector sẽ cho phép họ tìm thấy nhiều đến một sự kiện hợp nhất mỗi tháng, và phát hiện này dường như đã xác nhận điều đó. Sang ngày 26 tháng Tư thì xuất hiện thêm một tín hiệu khả dĩ đến từ một lỗ đen-một sao neutron, và có vẻ xảy ra ở cách chúng ta 1,2 tỉ năm ánh sáng. Các nhà khoa học vẫn đang làm việc để xác nhận nguồn gốc của hai sự kiện này.

Không có tín hiệu điện từ

Trong cả hai trường hợp, các kính thiên văn trên khắp thế giới đã tìm kiếm bức xạ điện từ mà người ta kì vọng các sự kiện hợp nhất liên quan đến sao neutron sẽ tạo ra – thế nhưng cho đến nay, chưa tín hiệu nào được tìm thấy. Đây có thể là vì cả hai sự kiện đều ở xa hơn nhiều so với vụ hợp nhất sao neutron 2018, nó ở xa 130 triệu năm ánh sáng. Ngoài ra, một trong các detector LIGO đã không hoạt động khi các sự kiện được nhìn thấy, nghĩa là đội LIGO-Virgo bị hạn chế khả năng cung cấp cho các nhà thiên văn nơi tìm kiếm các tín hiệu trên bầu trời. Việc có ba detector rải rác trên toàn cầu cho phép các nhà khoa học LIGO-Virgo đem đến cho các nhà thiên văn một ý tưởng tuyệt vời về nơi tìm kiếm các tín hiệu điện từ trên bầu trời. Về cuối đợt chạy quan sát này, sẽ kết thúc vào tháng Ba 2020, một detector gọi là KAGRA sẽ đi vào hoạt động ở Nhật Bản. Việc có bốn detector chạy cùng lúc sẽ cho phép các nguồn được định vị tốt hơn trên bầu trời.

Giovanni Prodi, một cộng tác viên phân tích dữ liệu Virgo tại Đại học Trento ở Italy, mô tả tháng Tư vừa qua là “tháng khoa học vô đối”. Patrick Brady, phát ngôn viên cho Nhóm hợp tác Khoa học LIGO và là giáo sư vật lí tại Đại học Wisconsin-Milwaukee, cho biết chúng ta “chỉ mới bắt đầu nhìn thấy lĩnh vực thiên văn học sóng hấp dẫn rộng mở.”

Các detector còn có thể phát hiện những sự kiện khác, ví dụ như một vụ nổ siêu tân tinh bên trong Ngân Hà, nó có khả năng được phát hiện cùng neutrino và bức xạ điện từ.

Nguồn: physicsworld.com