Các quasar: <i>“bài kiểm tra cuối cùng”</i> cho thuyết tương đối?

Cho đến nay các nhà thiên văn học đã nhận đựợc những bằng chứng hết sức thuyết phục rằng những vật thể có khối lượng lớn uốn cong không-thời gian một cách đáng kể, theo như lời tiên đoán của thuyết tương đối rộng.

Mặc dù từ năm 1919, lần đầu tiên tính chất hình học của lực hấp dẫn đã có thể được chứng minh ngay khi Arthur Eddington phát hiện Mặt Trời có ảnh hưởng chút ít đến đường đi của ánh sáng tới từ các ngôi sao khác, lại một lần nữa kết quả đó cung cấp một bài kiểm tra thực sự về lý thuyết của Einstein đối với những trường hấp dẫn mạnh

Từ đài quan sát Tuorla ở Phần Lan, Mauri Valtonen giải thích rằng những thành tựu trên đã cung cấp chứng cứ xác thực đầu tiên về sự tồn tại của những lỗ đen, vật thể có mật độ khối lượng lớn đến nỗi mà thuyết tương đối đã dự đoán trước rằng không-thời gian tự uốn cong lại hoàn toàn trên chính nó: “Một số người không ngừng dựa vào khái niệm của lỗ đen, nhưng với quan điểm nghiêm túc, họ phải chứng minh được rằng thuyết tương đối rộng vẫn còn đúng đối với những trường hấp dẫn có cường độ cực mạnh trước khi chắc chắn rằng lỗ đen là có thực”, nhà khoa học trên khẳng định.

Bài kiểm tra mới đây về thuyết tương đối rộng liên quan đến trung tâm của một thiên hà xa xôi, một quasar mang tên OJ827, được biết nhờ phát ra ánh sáng cực mạnh theo chu kì gần 12 năm. Năm 1988, Valtonen và vài người khác đưa ra giả thuyết rằng hiện tượng trên có thể được sinh ra bởi một lỗ đen nặng gấp 17 tỷ lần Mặt trời và quay xung quanh nó là một lỗ đen thứ hai nhẹ hơn khoảng 200 lần. Trong hệ cặp đôi như thế, theo quỹ đạo, sự chuyển động của lỗ đen nhỏ hơn khiến cho đĩa vật chất xung quanh lỗ đen phát ra năng lượng mạnh nhất tại 2 thời điểm cách nhau khoảng 12 năm.

Ảnh minh họa Quasar OJ287. (Ảnh: VISPA)

Với việc phác họa hệ đôi này, các nhà khoa học đã phải kiểm tra thuyết tương đối rộng mà qua đó dự đoán được chu kì của hiện tượng phát năng lượng trên. Trong thời kì này, những mảnh vỡ về sau (có mặt từ những năm 90) chỉ có thể được dự đoán chính xác ở mức độ vài tuần, điều đó không đủ để kiểm tra hiệu quả của thuyết tương đối. Nhưng đầu những năm gần đây, dựa trên nhiều mô hình cải tiến và nhiều năm quan sát OJ287, Valtonen cùng cộng sự đã có thể dự đoán được ngày xuất hiện tiếp theo của xung ánh sáng: 13 tháng 9 năm 2007, chính xác đến 1 - 2 ngày.

Để có thể tìm ra xung động, hơn 25 nhà thiên văn học thuộc 10 quốc gia đã phải làm việc chung với nhau. Vì vào tháng 9, ở phía đông OJ287 hiện ra sớm hơn so với Mặt Trời, điều đó chỉ được nhìn thấy trong vòng 30 phút trước khi bầu trời trở nên quá sáng. Họ có thể quan sát theo thứ tự từ Nhật Bản, đến Trung Quốc, tới Châu Âu và cuối cùng là từ đảo Canarie. Tổng kết lại khoảng 100 cuộc đo đạc đã được thực hiện từ ngày 04 tháng 09 đến 20 tháng 10 bởi những nhà thiên văn.

Những khoảnh khắc rực rỡ nhất của quasar đã được ghi nhận, chứng tỏ OJ287 quả thực là một hệ đôi gồm 2 lỗ đen. Hơn nữa khi đo khối lượng khổng lồ của lỗ đen chính, những kết quả thu được đã chứng minh rằng quỹ đạo của lỗ đen thứ hai đã bị tiến động 39 độ trong mỗi chu kì của nó. Để so sánh, tác động của Mặt Trời trên vùng không-thời gian lân cận đã gây ra một tiến động hơn 0.1 độ lên quỹ đạo của sao Thủy trong một thế kỉ.

Ngoài ra, các công trình còn cho thấy rằng hệ 2 lỗ đen hao năng lượng khi phát ra sóng hấp dẫn, đây là 1 tiên đoán cơ bản của thuyết tương đối cần được kiểm nghiệm trực tiếp. Ngay khi việc phát sáng này ko còn trong mô hình, sự phát sáng của quasar được tiên đoán sẽ tự tái tạo trễ nhất là 20 ngày, điều đó cung cấp một bằng chứng gián tiếp về sự xuất hiện của những sóng hấp dẫn. Cũng theo Valtonen, lượng phát xạ từ OJ287 là nguồn phát xạ tần số cao về sóng hấp dẫn của vũ trụ và hiển nhiên là mục tiêu tốt nhất đối với giao thoa kế laze như LISA, đặc biệt ở giai đoạn 2016-2019, thời gian mà OJ287 sẽ lại “chói sáng” lần nữa.