Sóng hấp dẫn là những biến dạng hoặc "gợn sóng" trong cấu trúc không - thời gian gây ra bởi một số quá trình mạnh mẽ nhất trong vũ trụ. Albert Einstein là người đầu tiên tiên đoán sự tồn tại của sóng hấp dẫn vào năm 1916 trong thuyết tương đối tổng quát của mình. Toán học của Einstein cho thấy rằng các vật thể tăng tốc nặng (chẳng hạn như các sao neutron hay lỗ đen đang quay xung quanh nhau) có thể phá vỡ không - thời gian trong cách mà các "sóng" của không gian bị biến dạng có thể lan tỏa trong vũ trụ. Hơn nữa, những gợn sóng này có thể di chuyển bằng vận tốc ánh sáng xuyên trong vũ trụ, mang theo những thông tin về nguồn gốc đầy biến động của chúng, cũng như những manh mối vô giá về bản chất của chính lực hấp dẫn.

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Hình vẽ minh họa khối lượng có thể gây biến dạng không - thời gian. (Credit: NASA)

Những sóng hấp dẫn mạnh nhất được sản sinh ra bởi các sự kiện thảm họa như va chạm lỗ đen, sự suy sụp lõi sao (Siêu sao mới), sự sát nhập của các sao neutron hoặc sao lùn trắng, sự quay bất ổn định của các sao neutron không có dạng hình cầu hoàn hảo, và tàn dư của bức xạ hấp dẫn tạo bởi sự ra đời của chính vũ trụ.

Đoạn Video dưới đây là mô phỏng cách sóng hấp dẫn phát ra bởi hai sao neutron khi chúng ban đầu là quay quanh nhau và sau đó sát nhập với nhau. (Credit: NASA/Goddard Space Flight Center)

Mặc dù sóng hấp dẫn đã được tiên đoán từ năm 1916, thì bằng chứng thực tế về sự tồn tại của chúng vẫn chưa được phát hiện cho đến năm 1974, 20 năm sau khi Einstein qua đời. Trong năm đó, hai nhà thiên văn học đang làm việc tại Đài Quan sát Radio Arecibo ở Puerto Rico, đã phát hiện một sao xung nhị phân - hai ngôi sao cực nặng và đặc đang quay quanh nhau. Đây chính là hệ vật thể nặng mà thuyết tương đối tổng quát đã nhắc đến, có thể phát ra sóng hấp dẫn. Phát hiện này có thể dùng để kiểm tra tiên đoán táo bạo của Einstein, các nhà thiên văn học đã bắt đầu đo đạc cách mà chu kỳ quỹ đạo các ngôi sao thay đổi theo thời gian. Sau 8 năm quan sát, họ đã xác định được rằng các ngôi sao đang tiến lại gần nhau tại tốc độ chính xác như những gì thuyết tương đối tổng quát đã dự đoán. Hệ sao nhị phân này hiện nay đã được giám sát hơn 40 năm và những thay đổi quan sát trong quỹ đạo rất phù hợp với thuyết tương đối tổng quát, không hề có nghi ngờ nào về việc hệ sao này đang phát ra sóng hấp dẫn.

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Hình vẽ minh họa một hệ sao xung nhị phân. (Michael Kramer, Jodrell Bank, University of Manchester)

Kể từ đó, có nhiều nhà thiên văn học đã nghiên cứu về sự phát xạ radio của sao xung và phát hiện các hiệu ứng tương tự, củng cố thêm sự tồn tại của sóng hấp dẫn. Nhưng những sự củng cố này đến theo cách gián tiếp và bằng toán học, chứ không phải là một "tiếp xúc vật lý" thực sự. Các dự án nghiên cứu khắp nơi trên thế giới đang được tiến hành với hy vọng lần đầu tiên sẽ "cảm nhận" được sóng hấp dẫn.

Mặc dù nguồn gốc của sóng hấp dẫn có thể là vô cùng thảm khốc, theo thời gian sóng hấp dẫn chạm đến Trái Đất và chúng đã nhỏ hơn hàng triệu lần và đã bớt đi sự "hung hăng". Thực tế là, theo thời gian khi mà sóng hấp dẫn chạm đến các thiết bị đo đạc trên Trái Đất, một lượng dịch chuyển không - thời gian vô cùng nhỏ, nhỏ hơn hàng nghìn lần so với kích thước của một hạt nhân nguyên tử! Những phép đo lường vô cùng nhạy bén này có thể thực hiện được thông qua các máy giao thoa kế cực nhạy, là những gì mà các nhà khoa học khắp nơi trên thế giới đang tiến hành.

Theo Caltech

Author: Hien PHAN
Cựu thành viên CLB Thiên văn học Đà Nẵng - DAC; nghiên cứu viên tại khoa Vũ trụ và Ứng dụng, trường Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nội - USTH (Đại học Việt Pháp).


Bài viết xem nhiều