Các nhà thiên văn học đã có thể “nghe thấy” tiếng vo ve thiên thể của sóng hấp dẫn cực mạnh, được tạo ra bởi sự va chạm giữa các lỗ đen, lần đầu tiên vang vọng khắp vũ trụ.
Các quan sát của họ tiết lộ rằng các sóng — bao gồm một số sóng từ từ nhấp nhô khi chúng đi qua Dải Ngân hà của chúng ta — xảy ra ở các tần số khác nhau và dao động trong nhiều thập kỷ.
Phát hiện này có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về các hiện tượng vũ trụ như lỗ đen siêu lớn và tần suất các thiên hà hợp nhất.
Sóng hấp dẫn, được tiên đoán bởi Albert Einstein vào năm 1916, là những gợn sóng trong không-thời gian được phát hiện lần đầu tiên vào năm 2015.
Các nhà thiên văn học đã tìm thấy sóng bằng cách theo dõi các sao xung, hoặc tàn dư dày đặc của lõi thuộc về các ngôi sao lớn sau khi chúng phát nổ trong một siêu tân tinh, trên Dải Ngân hà. Các sao xung giống như những ngọn hải đăng sao, quay nhanh và giải phóng các chùm sóng vô tuyến dường như “có nhịp đập” khi quan sát qua các kính viễn vọng trên Trái đất. Các sao xung có thể quay hàng trăm lần mỗi giây và độ chính xác ổn định của các xung khiến chúng đáng tin cậy như đồng hồ vũ trụ.
Khi sóng hấp dẫn truyền giữa Trái đất và một ẩn tinh, thời gian sóng vô tuyến của ẩn tinh bị phá vỡ. Einstein đưa ra giả thuyết rằng sóng hấp dẫn sẽ kéo dài và nén không gian khi chúng di chuyển trong vũ trụ, ảnh hưởng đến cách sóng vô tuyến di chuyển. Điều này có nghĩa là một số xung đến Trái đất sớm hơn hoặc muộn hơn một phần giây so với dự kiến.
Hơn 190 nhà khoa học đã bắt đầu khám phá tần số của sóng hấp dẫn trong khuôn khổ hợp tác của Đài quan sát Nanohertz Bắc Mỹ về Sóng hấp dẫn, còn được gọi là NANOGrav.
Họ đã theo dõi sóng vô tuyến từ hơn 60 ẩn tinh trong 15 năm bằng cách sử dụng ba kính viễn vọng vô tuyến lớn: Đài quan sát Arecibo ở Puerto Rico (không còn hoạt động nữa), Kính viễn vọng Green Bank ở Tây Virginia và Mảng Rất Lớn ở New Mexico.
Phát hiện của họ xuất hiện trong một nghiên cứu được công bố hôm thứ Tư trên tạp chí The Astrophysical Journal Letters.
Tìm kiếm một dàn đồng ca thiên thể
Sóng hấp dẫn mới được phát hiện là mạnh nhất từng được đo. Chúng có khả năng được gây ra bởi sự va chạm của các lỗ đen siêu nặng và mang năng lượng gấp khoảng một triệu lần so với các sự kiện đơn lẻ được phát hiện trong những năm gần đây do sự hợp nhất của lỗ đen hoặc sao neutron.
Đồng tác giả nghiên cứu và nhà khoa học NANOGrav, Chiara Mingarelli, trợ lý giáo sư vật lý tại Đại học Yale, cho biết: “Nó giống như một dàn hợp xướng, với tất cả các cặp lỗ đen siêu lớn này hòa giọng ở các tần số khác nhau. “Đây là bằng chứng đầu tiên về nền sóng hấp dẫn. Chúng tôi đã mở ra một cửa sổ quan sát mới về vũ trụ.”
Nền sóng hấp dẫn, một loại nhiễu vũ trụ đã được lý thuyết hóa từ lâu nhưng chưa bao giờ được phát hiện, được tạo thành từ sóng hấp dẫn tần số cực thấp. Khi các lỗ đen va chạm trong vũ trụ, tất cả các sóng này đều vo ve và cộng hưởng với nhau trong nền.
Sóng hấp dẫn di chuyển với tốc độ ánh sáng, nhưng các nhà thiên văn học nhận ra rằng một đợt sóng hấp dẫn có thể mất nhiều năm hoặc nhiều thập kỷ mới trôi qua do hiệu ứng gợn sóng không-thời gian.
Tiến sĩ Scott Ransom, đồng tác giả nghiên cứu, nhà thiên văn học tại Đài quan sát thiên văn vô tuyến quốc gia, cho biết: “Chúng tôi đang sử dụng một máy dò sóng hấp dẫn có kích thước bằng một thiên hà được tạo ra từ các ngôi sao kỳ lạ (các sao xung). bản tường trình.
“Dữ liệu trước đây của chúng tôi cho chúng tôi biết rằng chúng tôi đã nghe thấy điều gì đó, nhưng chúng tôi không biết đó là gì. Bây giờ chúng ta biết rằng đó là âm nhạc đến từ vũ trụ hấp dẫn. Khi chúng tôi tiếp tục lắng nghe, chúng tôi có thể chọn ra các nốt nhạc từ các nhạc cụ đang chơi trong dàn nhạc vũ trụ này,” Ransom nói.
“Việc kết hợp các kết quả về sóng hấp dẫn này với các nghiên cứu về cấu trúc và sự tiến hóa của thiên hà sẽ cách mạng hóa hiểu biết của chúng ta về lịch sử Vũ trụ của chúng ta.”
Va chạm thảm khốc
Các nhà khoa học tin rằng các lỗ đen siêu lớn chịu trách nhiệm chính trong việc tạo ra nền sóng hấp dẫn. Các lỗ đen siêu lớn tồn tại ở trung tâm của hầu hết các thiên hà lớn. Nhưng khi các thiên hà hợp nhất, cuối cùng các lỗ đen của chúng bắt đầu quay quanh nhau.
Những vật thể khổng lồ này, chứa khối lượng gấp hàng tỷ lần mặt trời của chúng ta, nhảy múa cho đến khi chúng va chạm với nhau. Khi chúng xảy ra, những gợn sóng lan ra từ thiên hà chủ và cuối cùng chạm tới thiên hà của chúng ta.
Người ta ước tính rằng có hàng trăm nghìn, hoặc có lẽ hàng triệu cặp lỗ đen siêu lớn tồn tại trong vũ trụ.
“Có thời điểm, các nhà khoa học lo ngại rằng các lỗ đen siêu lớn ở dạng nhị phân sẽ quay quanh nhau mãi mãi, không bao giờ đến đủ gần nhau để tạo ra tín hiệu như thế này,” đồng tác giả nghiên cứu, Tiến sĩ Luke Kelley, trợ lý giáo sư thiên văn học tại Đại học cho biết. California, Berkeley, và chủ tịch nhóm vật lý thiên văn của NANOGrav, trong một tuyên bố.
Kelley nói: “Nhưng bây giờ chúng tôi cuối cùng đã có bằng chứng mạnh mẽ rằng nhiều trong số những nhị phân cực kỳ lớn và gần giống nhau này tồn tại. “Một khi hai hố đen tiến đến đủ gần để các mảng định thời xung có thể nhìn thấy, thì không gì có thể ngăn cản chúng hợp nhất chỉ trong vòng vài triệu năm.”
Nhưng các nhà nghiên cứu thừa nhận rằng có nhiều nguồn gốc cho nền sóng hấp dẫn, cũng như có những cách giải thích khác nhau về cách vũ trụ bắt đầu. Nhóm sẽ tiếp tục nghiên cứu nền sóng hấp dẫn và cố gắng cô lập các nguồn riêng lẻ để xác định nguồn gốc của chúng.
Mingarelli nói: “Nền sóng hấp dẫn to gấp đôi so với những gì tôi mong đợi. “Đó thực sự là đỉnh cao của những gì mà các mô hình của chúng tôi có thể tạo ra chỉ từ các lỗ đen siêu lớn. Những gì tiếp theo là tất cả mọi thứ. Điều này chỉ là khởi đầu.”
Ngoài ra, các nhà khoa học sử dụng kính viễn vọng trên khắp Châu Âu, Ấn Độ, Trung Quốc và Úc đã báo cáo những phát hiện tương tự cũng được công bố vào thứ Tư. Các nhà nghiên cứu cho biết việc kết hợp dữ liệu từ NANOGrav với các cộng tác viên quốc tế có thể cung cấp một bức tranh toàn cảnh hơn về nền sóng hấp dẫn.
“Dữ liệu kết hợp của chúng tôi sẽ mạnh mẽ hơn nhiều,” đồng tác giả nghiên cứu Stephen Taylor, trợ lý giáo sư vật lý và thiên văn học tại Đại học Vanderbilt, người hiện đang chủ trì hợp tác NANOGrav, cho biết trong một tuyên bố. “Chúng tôi rất hào hứng khám phá xem họ sẽ tiết lộ những bí mật gì về vũ trụ của chúng ta.”
Phương Linh – Báo Mỹ
Leave a comment