Hỡi những người yêu khám phá, bạn có biết rằng một trong những phát hiện mang tính đột phá nhất của thế kỷ này đã xảy ra chỉ vài năm trước không?

Vào ngày 11 tháng 2 năm 2016, Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế bằng tia laser (LIGO) đã công bố một điều phi thường: sự phát hiện ra sóng hấp dẫn.

Phát hiện này, được đặt tên là GW150914, bắt nguồn từ vụ va chạm và hợp nhất dữ dội giữa hai hố đen, mỗi hố có khối lượng gấp khoảng 30 lần Mặt Trời, nằm cách Trái Đất 1,3 tỷ năm ánh sáng. Hãy tưởng tượng xem! Đây là lần đầu tiên trong lịch sử, nhân loại “nghe thấy” tín hiệu từ vũ trụ — một bước tiến khổng lồ trong hành trình hiểu biết về không gian bao la này.

Phát Hiện Sóng Hấp Dẫn: Giờ Đã Trở Thành Chuyện Thường Ngày

Kể từ khoảnh khắc lịch sử đó, LIGO cùng với thiết bị Virgo của châu Âu đã phát hiện 50 sự kiện sóng hấp dẫn. Việc phát hiện sóng hấp dẫn giờ đây gần như trở thành chuyện thường xuyên, với các sự kiện mới được ghi nhận gần như mỗi tuần.

Thậm chí, các nhà khoa học giờ phải thêm dấu thời gian (giờ, phút, giây) vào tên tín hiệu, vì có thể phát hiện nhiều sự kiện trong cùng một ngày. Thật kinh ngạc khi nghĩ rằng những công cụ mà con người dùng để nghiên cứu vũ trụ giờ đây đã chính xác đến mức ấy!

Những Tín Hiệu Này Hình Thành Như Thế Nào?

Tất cả 50 tín hiệu sóng hấp dẫn được LIGO và Virgo phát hiện cho đến nay đều bắt nguồn từ sự hợp nhất của hai vật thể cực kỳ đặc trong vũ trụ. Những vật thể này – sao neutron hoặc hố đen – được sinh ra từ cái chết nổ tung (siêu tân tinh) của các ngôi sao khổng lồ.

Có hai cách chính mà các hệ đôi của những vật thể này có thể hình thành:

- Một là khi hai ngôi sao khổng lồ vốn đã là một cặp, cùng phát nổ và để lại hai tàn dư đặc nằm đủ gần để hợp nhất sau hàng triệu năm.

- Hai là trong các cụm sao dày đặc, nơi hai vật thể đặc riêng lẻ có thể gặp nhau và bị hút lại do lực hấp dẫn mạnh mẽ.

Những tương tác này thực sự là những vũ điệu vũ trụ ngoạn mục!

Hố Đen và Sao Neutron: Khối Lượng và Chuyển Động Xoay Là Yếu Tố Quyết Định

Bằng cách phân tích các sóng hấp dẫn, các nhà khoa học có thể xác định khối lượng và tốc độ quay của những hố đen và sao neutron liên quan. Phần lớn 50 sự kiện được phát hiện cho đến nay là sự hợp nhất của các hố đen, nhưng cũng có một vài vụ hợp nhất của sao neutron.

Trước khi phát hiện sóng hấp dẫn, các nhà thiên văn học chỉ quan sát được hố đen có khối lượng từ 5 đến 15 lần khối lượng Mặt Trời. Tuy nhiên, khi GW150914 được phát hiện, nó đã tiết lộ hai hố đen nặng tới 30 lần Mặt Trời – một cú sốc thực sự đối với giới khoa học!

Những Trường Hợp Đặc Biệt: Bí Ẩn Chưa Có Lời Giải

Một số sự kiện khiến các nhà khoa học phải đau đầu. Chẳng hạn như GW190521 – trong sự kiện này, hai hố đen có khối lượng 85 và 66 lần Mặt Trời, nằm giữa một “khoảng trống khối lượng” mà trước đây giới thiên văn cho là không tồn tại. Hiện tượng này được gọi là “khoảng trống khối lượng hố đen”, và các nhà khoa học vẫn đang nỗ lực để hiểu rõ hơn.

Một sự kiện khác, GW190814, lại liên quan đến một vật thể nặng 23 lần Mặt Trời và một vật thể chỉ 2,6 lần Mặt Trời.

Điều này đã khơi dậy cuộc tranh luận: liệu vật thể nhỏ hơn là hố đen nhẹ nhất từng được phát hiện, hay là sao neutron nặng nhất?

Sóng Hấp Dẫn Và Thiên Văn Đa Thông Điệp

Một trong những phát hiện gây phấn khích nhất đến vào năm 2017, với sự hợp nhất của hai sao neutron, mang tên GW170817. Không chỉ phát ra sóng hấp dẫn, sự kiện này còn phát ra sóng điện từ – gồm tia gamma, tia X và ánh sáng nhìn thấy được, khiến nó trở thành sự kiện “đa thông điệp” đầu tiên trong lịch sử.

Điều này cho phép các nhà thiên văn học quan sát cùng một sự kiện bằng nhiều loại sóng khác nhau, mở ra cách nhìn mới về vũ trụ.

Thật tuyệt vời khi có thể nghe và nhìn thấy một hiện tượng vũ trụ cùng lúc – đúng là kỳ diệu phải không?

Hiểu Về Sự Giãn Nở Của Vũ Trụ

Sóng hấp dẫn còn đóng vai trò quan trọng trong việc giúp các nhà khoa học đo tốc độ giãn nở của vũ trụ – được gọi là hằng số Hubble. Không giống như các phương pháp truyền thống dựa vào “thang đo khoảng cách” bằng sao và thiên hà, sóng hấp dẫn có thể đo trực tiếp khoảng cách giữa hai vật thể khi hợp nhất.

Ví dụ, GW170817, kết hợp với dữ liệu dịch chuyển đỏ từ thiên hà chủ, đã cung cấp thông tin quý giá về hằng số Hubble. Với nhiều sự kiện sóng hấp dẫn hơn, con người sẽ có công cụ mạnh mẽ mới để giải mã những bí ẩn lâu đời của vũ trụ học.

Kiểm Chứng Thuyết Tương Đối Tổng Quát Của Einstein

Một điều kỳ diệu khác là sóng hấp dẫn giúp kiểm chứng thuyết tương đối tổng quát của Albert Einstein. Khi phát hiện GW170817, các sóng hấp dẫn đến Trái Đất chỉ 1,7 giây sau tia gamma. Với khoảng cách 1,3 tỷ năm ánh sáng, điều này đã xác nhận rằng sóng hấp dẫn di chuyển với tốc độ bằng ánh sáng, đúng như Einstein đã dự đoán.

Cho đến nay, chưa có sai lệch nào được ghi nhận trong các phép đo sóng hấp dẫn – thật tuyệt vời khi vũ trụ liên tục chứng minh tính đúng đắn của các định luật vật lý!

Tương Lai Của Thiên Văn Sóng Hấp Dẫn

Nhìn về phía trước, điều kỳ thú vẫn chưa dừng lại! Các thiết bị LIGO và Virgo dự kiến bắt đầu giai đoạn quan sát thứ tư vào tháng 6 năm 2022, và thiết bị KAGRA của Nhật Bản cũng sẽ tham gia vào mạng lưới này. Đến năm 2025, khi đạt được độ nhạy thiết kế tối đa, con người có thể phát hiện hàng trăm sự kiện mới mỗi năm. Khi các thiết bị tiếp tục cải tiến, có thể chúng ta sẽ phát hiện những dạng sóng hấp dẫn hoàn toàn mới, như sóng liên tục hay sóng bùng nổ, đến từ những nguồn chưa từng được tưởng tượng tới!

Vũ Trụ Đang Cất Tiếng Gọi

Hỡi những người yêu khoa học, chúng ta đang ở khởi đầu của một kỷ nguyên thiên văn học mới đầy phấn khích.

Sóng hấp dẫn đã mở ra một cách “lắng nghe” vũ trụ hoàn toàn mới, và khi công nghệ tiến xa hơn, chúng ta sẽ còn chứng kiến những khám phá vĩ đại hơn nữa. Hãy tiếp tục ngước nhìn bầu trời, bởi những bí ẩn của vũ trụ vẫn đang chờ được con người giải mã!