Phương pháp hỗ trợ dò tìm sóng trọng lực

Giáo sư Tsvi Piran làm việc tại Đại học Hebrew, Israel, đã khám phá ra một phương pháp có thể hỗ trợ cho việc phát hiện ra các sóng trọng lực.

Nhà bác học Einstein đã viết về các sóng trọng lực và chúng ta vẫn đang tìm kiếm chúng. Các sóng trọng lực là những gợn sóng nhỏ trong cơ cấu của không gian,thời gian mà nhiều người cho rằng chúng là các âm thanh của vũ trụ.

Cũng giống như những âm thanh bổ sung cho những hình ảnh trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, sóng trọng lực sẽ bổ sung cho quan điểm của chúng ta về vũ trụ, như những ảnh được chụp bởi kính thiên văn tiêu chuẩn.

Albert Einstein đã tiên đoán về các sóng trọng lực vào năm 1918. Ngày nay, gần 100 năm sau đó, máy dò sóng hấp dẫn tiên tiến đang được xây dựng ở Mỹ, châu Âu, Nhật Bản và Úc để tìm kiếm. Trong khi chuyển động bất kỳ cũng tạo ra sóng hấp dẫn, nhưng một tín hiệu đủ lớn để được phát hiện đòi hỏi phải là sự chuyển động của khối lượng lớn với vận tốc cực lớn. Nguồn ứng viên chính là liên doanh liên kết của hai ngôi sao nơtron: hai ngôi sao neutron có một khối lượng tương đương với khối lượng của mặt trời của chúng ta, chuyển động theo hình xoắn ốc xung quanh nhau và kết hợp với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng.

Các sự kiện như vậy là rất hiếm và chỉ diễn ra một lần sau mỗi hàng trăm ngàn năm ở mỗi thiên hà. Do đó, để phát hiện một tín hiệu trong cuộc sống ngắn ngủi của chúng ta thì các máy dò phải có đủ độ nhạy để phát hiện các tín hiệu phát ra ở các khoảng cách khoảng nhiều hơn một tỷ năm ánh sáng tính từ Trái đất. Điều này đặt ra một thách thức lớn về công nghệ. Ở những khoảng cách như vậy, các sóng trọng lực sẽ giống như tín hiệu âm thanh của một tiếng gõ mờ nhạt trên cánh cửa của chúng ta, trong khi một máy truyền hình đang được bật và điện thoại đổ chuông cùng một lúc.

Cạnh tranh tiếng ồn từ nhiều nguồn khác nhau, xếp loại từ tiếng ồn địa chấn tạo ra bởi trận động đất nhỏ xíu hoặc thậm chí bởi làn sóng đại dương ở nơi xa xôi. Làm sao chúng ta có thể biết là chúng ta đã phát hiện sóng trọng lực từ không gian chứ không phải là từ một cây đang được đốn ngã hoặc từ chiếc xe tải đang chạy trên đường?

Do đó, nhà thiên văn học đang tìm kiếm tín hiệu ánh sáng điện từ tiềm năng sẽ đồng hành hoặc đi theo sóng trọng lực. Tín hiệu này sẽ cho phép chúng tôi "xem qua lỗ rình" sau khi nghe tiếng gõ cửa yếu ớt, và kiểm tra xem quả thực có "ai đó" đang xuất hiện.

Kết quả của nghiên cứu này đã được đăng tải trên tạp chí Nature bởi Giáo sư Tsvi Piran, Đại học Hebrew Jerusalem, Israel và đồng tác giả là Tiến sĩ Ehud Nakar đến từ trường Đại học Tel Aviv.

Họ nhận thấy vật chất xung quanh giữa các ngôi sao sẽ làm chậm lại các mảnh bật ra ở tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng trong liên doanh liên kết hai ngôi sao nơ tron. Sức nóng tạo ra trong quá trình này sẽ toả ra đi như sóng radio. Quá trình lan tỏa của sức nóng này sẽ kéo dài trong một vài tháng và sẽ có thể được nhận ra bằng kính viễn vọng vô tuyến hiện thời ở khoảng cách 1 tỉ năm ánh sáng.

Tìm kiếm 1 tín hiệu vô tuyến như vậy cũng diễn ra theo sau một phát hiện trong tương lai, hoặc thậm chí phát hiện thăm dò của sóng trọng lực. Tuy nhiên, ngay cả trước khi các máy dò sóng trọng lực tiên tiến đi vào hoạt động, dự kiến ​​trong năm 2015, các nhà thiên văn học đang thiết kế các thiết bị hướng đến tìm kiếm các ánh sáng báo hiệu độc đáo này.

Nakar và Piran chỉ ra trong bài viết của mình rằng một làn sóng phát thanh thoáng qua không xác định rõ danh tính được quan sát trong năm 1987 bởi Bower et al., có tất cả các đặc điểm của sức nóng toả ra như sóng radio và có thể trên thực tế đã phát hiện được trực tiếp lần đầu tiên việc sáp nhập của hai ngôi sao neutron theo cách này.

Nghiên cứu của tiến sĩ Nakar được hỗ trợ bởi Quỹ tái hòa nhập quốc tế từ Liên minh châu Âu và từ Quỹ khoa học Israel và một học bổng Alon. Nghiên cứu của Giáo sư Piran được hỗ trợ bởi một Hội đồng Nghiên cứu châu Âu tiên tiến và Trung tâm vật lý học thiên thể năng lượng cao của Quỹ khoa học Israel.