Giáo sư Tsvi Piran làm việc tại Đại học Hebrew, Israel, đã khám phá ra một phương pháp có thể hỗ trợ cho việc phát hiện ra các sóng trọng lực. Nhà bác học Einstein đã viết về các sóng trọng lực và chúng ta vẫn đang tìm kiếm chúng. Các sóng trọng lực là những gợn sóng nhỏ trong cơ cấu của không gian,...
Giáo sư Tsvi Piran làm việc tại Đại học Hebrew, Israel, đã khám phá ra một phương pháp có thể hỗ trợ cho việc phát hiện ra các sóng trọng lực.
Nhà bác học Einstein đã viết về các sóng trọng lực và chúng ta vẫn đang tìm kiếm chúng. Các sóng trọng lực là những gợn sóng nhỏ trong cơ cấu của không gian,thời gian mà nhiều người cho rằng chúng là các âm thanh của vũ trụ.
Cũng giống như những âm thanh bổ sung cho những hình ảnh trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, sóng trọng lực sẽ bổ sung cho quan điểm của chúng ta về vũ trụ, như những ảnh được chụp bởi kính thiên văn tiêu chuẩn.
Albert Einstein đã tiên đoán về các sóng trọng lực vào năm 1918. Ngày nay, gần 100 năm sau đó, máy dò sóng hấp dẫn tiên tiến đang được xây dựng ở Mỹ, châu Âu, Nhật Bản và Úc để tìm kiếm. Trong khi chuyển động bất kỳ cũng tạo ra sóng hấp dẫn, nhưng một tín hiệu đủ lớn để được phát hiện đòi hỏi phải là sự chuyển động của khối lượng lớn với vận tốc cực lớn. Nguồn ứng viên chính là liên doanh liên kết của hai ngôi sao nơtron: hai ngôi sao neutron có một khối lượng tương đương với khối lượng của mặt trời của chúng ta, chuyển động theo hình xoắn ốc xung quanh nhau và kết hợp với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng.
Các sự kiện như vậy là rất hiếm và chỉ diễn ra một lần sau mỗi hàng trăm ngàn năm ở mỗi thiên hà. Do đó, để phát hiện một tín hiệu trong cuộc sống ngắn ngủi của chúng ta thì các máy dò phải có đủ độ nhạy để phát hiện các tín hiệu phát ra ở các khoảng cách khoảng nhiều hơn một tỷ năm ánh sáng tính từ Trái đất. Điều này đặt ra một thách thức lớn về công nghệ. Ở những khoảng cách như vậy, các sóng trọng lực sẽ giống như tín hiệu âm thanh của một tiếng gõ mờ nhạt trên cánh cửa của chúng ta, trong khi một máy truyền hình đang được bật và điện thoại đổ chuông cùng một lúc.
Cạnh tranh tiếng ồn từ nhiều nguồn khác nhau, xếp loại từ tiếng ồn địa chấn tạo ra bởi trận động đất nhỏ xíu hoặc thậm chí bởi làn sóng đại dương ở nơi xa xôi. Làm sao chúng ta có thể biết là chúng ta đã phát hiện sóng trọng lực từ không gian chứ không phải là từ một cây đang được đốn ngã hoặc từ chiếc xe tải đang chạy trên đường?
Do đó, nhà thiên văn học đang tìm kiếm tín hiệu ánh sáng điện từ tiềm năng sẽ đồng hành hoặc đi theo sóng trọng lực. Tín hiệu này sẽ cho phép chúng tôi "xem qua lỗ rình" sau khi nghe tiếng gõ cửa yếu ớt, và kiểm tra xem quả thực có "ai đó" đang xuất hiện.
Kết quả của nghiên cứu này đã được đăng tải trên tạp chí Nature bởi Giáo sư Tsvi Piran, Đại học Hebrew Jerusalem, Israel và đồng tác giả là Tiến sĩ Ehud Nakar đến từ trường Đại học Tel Aviv.
Họ nhận thấy vật chất xung quanh giữa các ngôi sao sẽ làm chậm lại các mảnh bật ra ở tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng trong liên doanh liên kết hai ngôi sao nơ tron. Sức nóng tạo ra trong quá trình này sẽ toả ra đi như sóng radio. Quá trình lan tỏa của sức nóng này sẽ kéo dài trong một vài tháng và sẽ có thể được nhận ra bằng kính viễn vọng vô tuyến hiện thời ở khoảng cách 1 tỉ năm ánh sáng.
Tìm kiếm 1 tín hiệu vô tuyến như vậy cũng diễn ra theo sau một phát hiện trong tương lai, hoặc thậm chí phát hiện thăm dò của sóng trọng lực. Tuy nhiên, ngay cả trước khi các máy dò sóng trọng lực tiên tiến đi vào hoạt động, dự kiến trong năm 2015, các nhà thiên văn học đang thiết kế các thiết bị hướng đến tìm kiếm các ánh sáng báo hiệu độc đáo này.
Nakar và Piran chỉ ra trong bài viết của mình rằng một làn sóng phát thanh thoáng qua không xác định rõ danh tính được quan sát trong năm 1987 bởi Bower et al., có tất cả các đặc điểm của sức nóng toả ra như sóng radio và có thể trên thực tế đã phát hiện được trực tiếp lần đầu tiên việc sáp nhập của hai ngôi sao neutron theo cách này.
Nghiên cứu của tiến sĩ Nakar được hỗ trợ bởi Quỹ tái hòa nhập quốc tế từ Liên minh châu Âu và từ Quỹ khoa học Israel và một học bổng Alon. Nghiên cứu của Giáo sư Piran được hỗ trợ bởi một Hội đồng Nghiên cứu châu Âu tiên tiến và Trung tâm vật lý học thiên thể năng lượng cao của Quỹ khoa học Israel.
Giáo sư Tsvi Piran, nhà nghiên cứu thuộc Đại học Hebrew ở Israel, đã đề xuất một phương pháp mới nhằm hỗ trợ con người nhận diện sóng trọng lực phát ra từ những sự kiện dữ dội trong vũ trụ. Albert Einstein tiên đoán sự tồn tại của các sóng trọng lực vào năm 1918, nhưng gần một thế kỷ sau, giới khoa học vẫn phải xây dựng những thiết bị cực kỳ nhạy để tìm kiếm chúng. Những gợn rất nhỏ trong cấu trúc không gian, thời gian này thường được ví như âm thanh vũ trụ, bổ sung thông tin cho hình ảnh do các kính thiên văn thông thường ghi nhận.
Ngày nay, các máy dò sóng hấp dẫn tiên tiến đang được xây dựng tại Mỹ, châu Âu, Nhật Bản và Úc, với mục tiêu phát hiện những biến dạng nhỏ bé do sóng trọng lực gây ra. Về nguyên tắc, mọi chuyển động đều tạo ra sóng hấp dẫn, nhưng tín hiệu đủ mạnh để con người quan sát được thường đòi hỏi những khối lượng khổng lồ chuyển động với vận tốc cực lớn. Ứng viên nổi bật nhất là quá trình liên kết của hai ngôi sao neutron, mỗi ngôi sao có khối lượng tương đương Mặt Trời, xoắn vào nhau rồi hợp nhất ở tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng.
Những vụ sáp nhập như vậy rất hiếm, trung bình chỉ xảy ra một lần trong hàng trăm nghìn năm tại mỗi thiên hà, khiến cơ hội bắt gặp trực tiếp trong đời người trở nên đặc biệt nhỏ. Vì thế, máy dò phải đủ nhạy để nhận tín hiệu phát ra từ khoảng cách lớn hơn một tỷ năm ánh sáng tính từ Trái Đất, một yêu cầu tạo ra thách thức công nghệ nghiêm trọng. Ở khoảng cách ấy, sóng trọng lực yếu chẳng khác nào tiếng gõ mờ nhạt ngoài cửa, trong lúc một chiếc tivi đang bật và điện thoại đồng thời vang lên.
Tín hiệu mong manh còn phải cạnh tranh với nhiều loại nhiễu, từ rung động địa chấn do những trận động đất rất nhỏ đến ảnh hưởng của các con sóng đại dương ở những khu vực xa xôi. Các nhà khoa học phải xác định liệu tín hiệu ghi được thật sự đến từ một sự kiện vũ trụ hay chỉ bắt nguồn từ cây bị đốn, xe tải chạy trên đường hoặc hoạt động địa phương khác. Bởi vậy, họ tìm kiếm thêm ánh sáng điện từ xuất hiện đồng hành hoặc nối tiếp sóng trọng lực, tạo ra bằng chứng độc lập cho cùng một biến cố.
Tsvi Piran và Tiến sĩ Ehud Nakar, thuộc Đại học Tel Aviv, đã công bố kết quả nghiên cứu trên tạp chí Nature, tập trung vào dấu hiệu vô tuyến có thể đi kèm sự hợp nhất của hai ngôi sao neutron. Hai nhà nghiên cứu nhận thấy vật chất giữa các ngôi sao có thể làm chậm những mảnh vật chất phóng ra với vận tốc gần bằng tốc độ ánh sáng trong quá trình sáp nhập. Ma sát và sự giảm tốc đó tạo ra nhiệt, sau đó nhiệt giải phóng năng lượng dưới dạng sóng radio có khả năng quan sát được.
Quá trình phát xạ nhiệt này dự kiến kéo dài vài tháng, đủ lâu để các kính viễn vọng vô tuyến hiện thời nhận diện nếu sự kiện xảy ra trong khoảng cách một tỷ năm ánh sáng. Các nhà thiên văn có thể tìm kiếm tín hiệu radio sau khi máy dò ghi nhận sóng trọng lực, thậm chí sử dụng nó để hỗ trợ những phát hiện thăm dò ban đầu. Cách tiếp cận này giống việc nhìn qua lỗ rình sau khi nghe tiếng gõ yếu ớt, giúp kiểm tra liệu thực sự có một nguồn vũ trụ đứng phía sau tín hiệu hay không.
Đáng chú ý, phương pháp trên được đề xuất trước thời điểm các máy dò sóng trọng lực tiên tiến dự kiến đi vào hoạt động trong năm 2015, khi giới thiên văn đã bắt đầu thiết kế thiết bị chuyên tìm những dấu hiệu ánh sáng đặc biệt. Nakar và Piran cho rằng một sóng radio thoáng qua, chưa xác định rõ nguồn gốc, được Bower và cộng sự quan sát năm 1987, có nhiều đặc điểm phù hợp với kiểu phát xạ nhiệt này. Theo họ, tín hiệu đó thậm chí có thể là lần đầu tiên con người trực tiếp phát hiện dấu vết của một vụ sáp nhập hai ngôi sao neutron bằng phương pháp vô tuyến.
Nếu được xác nhận, tín hiệu vô tuyến sẽ không thay thế máy dò sóng trọng lực, mà cung cấp thêm một manh mối quan trọng để phân biệt sự kiện vũ trụ với nhiễu trên Trái Đất. Nghiên cứu của Tiến sĩ Nakar nhận hỗ trợ từ Quỹ tái hòa nhập quốc tế của Liên minh châu Âu, Quỹ khoa học Israel và học bổng Alon. Công trình của Giáo sư Piran được tài trợ bởi Hội đồng Nghiên cứu châu Âu nâng cao cùng Trung tâm Vật lý thiên thể năng lượng cao thuộc Quỹ khoa học Israel.
