LIGO - Siêu máy dò phát hiện sóng hấp dẫn

Thiết bị có tên Advanced LIGO đã giúp nhóm các nhà khoa học với hơn 1.000 thành viên phát hiện và chứng thực sự tồn tại của sóng hấp dẫn như tiên đoán cách đây 100 năm của Einstein.

Theo Business Insider, LIGO là viết tắt của Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, có nghĩa là Trạm quan sát Sóng hấp dẫn bằng tia laser giao thoa.

Hệ thống trị giá 620 triệu USD này đã giúp các nhà thiên văn học quan sát hiện tượng hai hố đen sáp nhập. Quá trình này làm sinh ra các sóng hấp dẫn – vết gợn không thời gian như Einstein tiên đoán vào năm 1916. Sóng này sẽ lan truyền đi từ nguồn phát với vận tốc ánh sáng trong không gian và tới Trái Đất.

Nguyên lý hệ thống Advanced LIGO phát hiện sóng hấp dẫn. (Ảnh: Wikipedia).

Tuy nhiên, các dao động nén và giãn không thời gian do sóng hấp dẫn gây ra quá nhỏ, cỡ một phần triệu chiều rộng của một nguyên tử hydro. Đó là lý do vì sao Einstein nghĩ rằng con người không thể phát hiện ra chúng.

Nhờ vào Advanced LIGO, lần đầu tiên các nhà khoa học đã chứng thực được tiên đoán của Einstein.

Advanced LIGO sử dụng một hệ thống laser độ nhạy rất cao, có khả năng phát hiện các biến dạng cỡ một phần tỷ tỷ mét, đủ để bắt được sóng hấp dẫn. Nó gồm có hai máy dò, một đặt ở Livingston, Louisiana, và một ở Hanford, Washington. Bằng cách này, các tín hiệu thu được từ một máy dò có thể được xác nhận hay phủ nhận khá nhanh chóng bởi máy dò thứ hai.

Tại mỗi máy dò, các kỹ sư bắn một tia laser mạnh vào một bộ tách để chia chùm laser thành hai, đi theo hai hướng khác nhau trong hai đường hầm dài 4km. Sau khi phản xạ ở gương tại cuối mỗi đường hầm, hai chùm laser tái hợp làm một.

Nếu không có sự nhiễu loạn gây ra do sóng hấp dẫn, theo tính toán thì hai chùm laser tái hợp sẽ triệt tiêu nhau, do cả hai di chuyển trong cùng một khoảng thời gian như nhau. Nếu sóng hấp dẫn tác động lên đường đi của một trong hai chùm, ở máy dò ta sẽ thu được một chớp sáng. Chớp sáng này là thứ mà LIGO đã chờ đợi suốt 14 năm qua.

Vào hôm 14/9/2015, các nhà khoa học thu được tín hiệu chớp sáng giống nhau ở cả hai máy.

Từ tín hiệu này, họ đã tính toán được sóng hấp dẫn này là do sự sáp nhập của hai hố đen, một có khối lượng gấp 36 lần Mặt Trời và một gấp 29 lần. Hai hố đen này xoay quanh nhau theo đường xoắn ốc và cách chúng ta 1,3 tỷ năm ánh sáng.

Tín hiệu này sau đó đã được LIGO chuyển thành tín hiệu âm thanh với cao độ tăng dần, đạt đỉnh ở thời điểm hai hố đen sáp nhập.

Hệ thống LIGO đặt ở Livingston. (Ảnh: LIGO).

Theo giáo sư vật lý Szabolcs Marka, Đại học Columbia, dựa vào âm thanh thu được có thể phân loại sóng hấp dẫn do siêu tân tinh hay hố đen phát ra.

"Chúng có âm thanh khác biệt", bà nói.

Khối lượng của hố đen mới hình thành nặng gấp 62 lần Mặt Trời. So với tổng khối lượng hai hố đen thành phần (36 và 29) thì có ba lần khối lượng Mặt Trời bị hao hụt. Theo nhóm nghiên cứu thì phần khối lượng này đã chuyển thành năng lượng lan truyền sóng hấp dẫn.

Trái Đất và Mặt Trời cũng phát ra sóng hấp dẫn. Theo tính toán của nhà vật lý lý thuyết Luboš Motl thì năng lượng của sóng hấp dẫn này đủ để thắp sáng hai bóng đèn Edison. Năng lượng sóng hấp dẫn của hai hố đen trên phát ra lớn gấp 10 mũ 44 lần.

Đây là lần đầu tiên trong lịch sử, con người "nhìn" thấy hai hố đen sáp nhập. Trước đó, các nhà thiên văn học không dám khẳng định có thể hay không xảy ra một vụ va chạm như thế, bởi vì không có cách nào phát hiện nó.

Trong 5 năm tới, các nhà khoa học sẽ cải biến độ nhạy của LIGO lên 1.000 lần, với hy vọng bắt được tín hiệu của nhiều sóng hấp dẫn hơn nữa trong tương lai gần.

Đồng hành với LIGO trong cuộc săn tìm sóng hấp dẫn còn có giao thoa kế Virgo hiện đại đặt ở Đài quan sát sóng hấp dẫn châu Âu tại Italy và máy dò sóng hấp dẫn Kamioka đặt ở mỏ Kamioka, Nhật Bản, dự kiến đi vào hoạt động năm 2018.

"Thật tuyệt vời khi được là một nhà khoa học", giáo sư Marka nói.