Lần thứ hai, các nhà khoa học đã trực tiếp dò được sóng hấp dẫn - những gợn sóng xuyên qua cấu trúc không - thời gian, được tạo thành bởi các sự kiện thảm họa trong quá khứ. Nhóm nghiên cứu đã xác định được gợn sóng vô cùng mờ nhạt cuối cùng chạm đến Trái Đất được hình thành bởi hai lỗ đen sát nhập ở vận tốc bằng nửa vận tốc ánh sáng, cách chúng ta khoảng 1.4 tỷ năm ánh sáng.

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Hình vẽ minh họa sự sát nhập của hai lỗi đen và các gợn sóng hấp dẫn tỏa ra bên ngoài khi các lỗ đen đang xoáy vào nhau. Các lỗ đen tạo ra sóng hấp dẫn - được phát hiện bởi LIGO ngày 26/12/2015 - có khối lượng tương ứng gấp 14.2 và 7.5 lần khối lượng Mặt Trời. Sau khi sát nhập, chúng tạo thành một lỗ đen lớn hơn, có khối lượng gấp 20.8 lần khối lượng Mặt Trời. 
Image: T. Pyle/LIGO.

Các nhà khoa học đã xác nhận việc phát hiện sóng hấp dẫn bởi các máy giao thoa của Đài Quan sát Sóng hấp dẫn sử dụng Giao thoa kế Laser (LIGO), đặt ở Livingston (Louisiana) và ở Hanford (Washington). Vào ngày 26/12/2015, vào lúc 3:38 UTC, cả hai máy dò, ở cách nhau 3000 km, đã bắt được một tín hiệu rất mờ, lọt thỏm giữa các tín hiệu nhiễu.

Trong khi phát hiện đầu tiên của LIGO, được báo cáo vào ngày 11/2/2016, được tạo thành bởi một đỉnh sóng rõ ràng, thì lần phát hiện thứ hai này khó khăn hơn hơn, đó là một sóng nông - thực chất là một "tiếng rít" mờ nhạt - gần như đã bị chôn vùi trong đống dữ liệu. Sử dụng các kỹ thuật phân tích dữ liệu tiên tiến, nhóm nghiên cứu đã xác định rằng dạng sóng này là một sóng hấp dẫn.

Các nhà nghiên cứu tính toán rằng sóng hấp dẫn này phát sinh từ sự sát nhập của hai lỗ đen, có khối lượng lần lượt gấp 14.2 và 7.5 lần khối lượng Mặt Trời. Tín hiệu bắt được bởi các máy dò LIGO chứa đựng những khoảnh khắc cuối cùng trước khi hai lỗ đen sát nhập: Ở khoảng giây cuối cùng khi tín hiệu được phát hiện, các lỗ đen đã quay quanh nhau 55 lần, đạt gần một nửa vận tốc ánh sáng, trước khi sát nhập trong một vụ va đụng và giải phóng một lượng năng lượng lớn dưới dạng sóng hấp dẫn, tương đương với khối lượng của Mặt Trời. Sự kiện này đã xảy ra cách đây khoảng 1.4 tỷ năm, sản sinh ra một lỗ đen quay nặng hơn với khối lượng gấp 20.8 lần khối lượng Mặt Trời.

Sự kiện phát hiện sóng hấp dẫn lần thứ hai này một lần nữa khẳng định lý thuyết tương đối tổng quát của Einstein, đồng thời thử nghiệm thành công khả năng phát hiện các tín hiệu hấp dẫn vô cùng nhạy của LIGO.

Phát hiện này đã được các nhà khoa học công bố trên tạp chí Physical Review Letters ngày 15/6/2016.

Video: Lần thứ hai phát hiện sóng hấp dẫn:

Tìm kiếm một sự trùng khớp

Hai máy dò giao thoa kế của LIGO, mỗi máy dài 4 km, được thiết kế để mỗi máy dò có thể bị kéo giãn một lượng vô cùng nhỏ khi một sóng hấp dẫn đi qua. Ngày 14/9/2015, các máy dò đã bắt được một sóng hấp dẫn đầu tiên, khiến mỗi máy dò bị kéo giãn bởi một lượng nhỏ tương đương đường kính của một hạt proton. Chỉ 4 tháng sau đó, vào ngày 26/12/2015, LIGO đã ghi nhận được tín hiệu thứ hai, kéo giãn các máy dò với một lượng thậm chí còn bé hơn.

Để tách được tín hiệu và xác định xem nó có thực sự là một sóng hấp dẫn hay không, hay chỉ đơn giản là nhiễu sinh ra từ bản thân các máy dò, các nhà khoa học đã sử dụng bộ lọc trùng khớp, một kỹ thuật xử lý tín hiệu cho phép các nhà khoa học đào sâu vào nhiễu của LIGO để phát hiện các tín hiệu dạng sóng, gọi là các mẫu.

Trong trường hợp này, nhóm nghiên cứu đã tập hợp hàng trăm ngàn các dạng sóng đã biết, mỗi dạng sóng tương ứng với các lỗ đen có khối lượng và vận tốc quay khác nhau. Sau đó, các nhà khoa học chạy dữ liệu của LIGO qua mỗi dạng sóng trong ngân hàng này, và tìm kiếm sự trùng khớp.

Với một số phân tích mở rộng, gọi là ước lượng tham số, họ đã tìm thấy tín hiệu tương tự nhau, được phát hiện ở cả hai máy dò giao thoa kế, trùng khớp với một kịch bản duy nhất: sự sát nhập của hai lỗ đen, có khối lượng lần lượt gấp 14.2 và 7.5 lần khối lượng Mặt Trời, xảy ra cách 1.4 tỷ năm ánh sáng. Các lỗ đen sát nhập có khối lượng nhỏ hơn so với các lỗ đen tạo thành sóng hấp dẫn phát hiện lần đầu tiên. Khối lượng của các lỗ đen mới phát hiện cũng tiêu biểu cho các lỗ đen mà các nhà thiên văn học đã quan sát được trong vũ trụ.

Nguồn: MIT

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).