Sóng hấp dẫn đưa con người đến với một hiện tượng chưa từng có trong lịch sử thiên văn

Cuộc họp báo vào lúc 21h ngày 16/10/2017 đã đưa ra những thông tin có phần "động trời" và rất đáng ăn mừng về sóng hấp dẫn.

Cuộc họp báo do các nhà khoa học thuộc 2 dự án LIGO và VIRGO, cùng 70 đài quan sát trên thế giới đã diễn ra vào lúc 21h ngày 16/10/2017 theo giờ Việt Nam. Phát hiện được đánh giá là lớn chưa từng có về sóng hấp dẫn - thứ đã giúp 3 nhà khoa học người Mỹ giành giải Nobel vật lý 2017 được công bố cách đây ít tuần.

Cuộc họp báo có sự tham gia của:

• France Córdova - Giám đốc Quỹ Khoa học Quốc gia
• David Reitze - giám đốc điều hành của LIGO thuộc Caltech
• David Shoemaker - người phát ngôn từ dự án LIGO/MIT
• Jo van den Brand - người phát ngôn từ dự án VirgO
• Julie McEnery - nhà khoa học từ dự án Fermi của NASA
• Marica Branchesi - nhà khoa học từ Virgo
• Vicky Kalogera - nhà vật lý thiên văn của LIGO

Thứ họ tìm ra lần này là gì? Lần đầu tiên trong lịch sử, giới khoa học trên toàn thế giới đã thu được hình ảnh về một vụ va chạm giữa 2 ngôi sao neutron, cách chúng ta 130 triệu năm ánh sáng. Sự kiện mang tên GW170817.

Ở đây, sóng hấp dẫn chính là yếu tố giúp khoa học làm được điều đó. Nhờ bắt được sóng hấp dẫn phát ra từ vụ va chạm, chúng ta biết phải tập trung quan sát ở đâu, và biết được thứ gì cần nắm bắt. Đây cũng là lần đầu tiên sóng hấp dẫn được quan sát cùng với sóng quang học trong cùng một thời điểm.

Lần đầu tiên trong lịch sử, con người tận mắt chứng kiến sự kiện khủng khiếp này.

Nói cách khác, đây là lần đầu tiên chúng ta lần về được điểm bắt đầu của sóng hấp dẫn, và quan sát được sự kiện ấy xảy ra. Quan trọng hơn, đây mới chỉ là lần thứ 5 chúng ta quan sát được sóng hấp dẫn mà thôi.

Nhắc lại một chút về sóng hấp dẫn. Nếu coi vũ trụ là mặt nước hoặc không khí, thì sóng hấp dẫn rất giống với sóng nước, hoặc sóng âm thanh. Khi một sự kiện có quy mô lớn đến mức khủng khiếp xảy ra - như hai hố đen kết hợp chẳng hạn - chúng sẽ tạo ra dao động lan tỏa đi mọi hướng ở tốc độ ánh sáng.

Sóng hấp dẫn lần đầu được đề cập đến trong Thuyết tương đối rộng của nhà bác học thiên tài Albert Einstein vào năm 1916. Nhưng phải đến 100 năm sau, nhân loại mới chính thức xác nhận được sự tồn tại của loại sóng này, nhờ dự án LIGO.

Sơ đồ của hệ thống LIGO

4 đợt sóng đầu tiên được xác nhận chính là đến từ sự kiện 2 hố đen vũ trụ kết hợp thành 1, nhưng chúng ta không thể quan sát được sự kiện đó. Lý do đầu tiên là vì chúng ta chỉ có mỗi 2 hệ thống LIGO đặt tại 2 tiểu bang của Mỹ, khiến cho việc xác định vị trí xuất phát của 3 đợt sóng hấp dẫn đầu tiên là không tưởng.

Ở đợt sóng thứ 4, chúng ta có thêm hệ thống Virgo tại Ý, qua đó nâng khả năng xác định vị trí chuẩn xác cao hơn gấp 10 lần. Nhưng như vậy là chưa đủ, vì hố đen đã hút hết ánh sáng - tức là về cơ bản, chúng vô hình.

Vụ va chạm giữa 2 vật thể có khối lượng cực lớn - như 2 hố đen - sẽ tạo ra sóng hấp dẫn có thể quan sát.

Lần này thì khác. Sao neutron là vật thể phát ra ánh sáng, thế nên rõ ràng vụ va chạm giữa 2 ngôi sao như vậy có thể dễ dàng quan sát. Và để bắt được khoảnh khắc lần này, có tới 70 đài quan sát trên toàn thế giới đã hợp tác cùng 2 dự án LIGO và Virgo. Họ tiến hành quan sát khu vực chòm sao Hydra, nằm ngay cạnh thiên hà NGC 4993.

Tín hiệu đầu tiên đã xuất hiện vào ngày 17/8 từ một thiết bị thuộc hệ thống của LIGO. Và chỉ 1,7s sau đó, 2 đài quan sát của NASA và ESA đã thu nhận một vụ nổ tia gamma cực kỳ dữ dội, rực sáng và tràn đầy năng lượng đến từ cùng một vùng trời.

Đó không phải là sự trùng hợp, và gần như toàn bộ các nhà thiên văn trên toàn thế giới ngay lập tức hướng mọi thiết bị của họ về phía chòm Hydra. Vụ nổ được xác định đến từ sự va chạm giữa 2 ngôi sao neutron.

Sao neutron là hình thái của một ngôi sao siêu lớn vào giai đoạn "cuối đời".

Dành cho những ai chưa biết, sao neutron là hình thái của một ngôi sao siêu lớn vào giai đoạn "cuối đời". Nó sụp đổ, nén proton và electron thành neutron và neutrino. Các hạt neutrino sau đó thoát ra, nhưng neutron thì được rất chặt vào lõi của ngôi sao, với đường kính chỉ rơi vào khoảng 10 - 20km.

Cặp đôi này được gọi chung là GW170817, với khối lượng rơi vào khoảng 1,1 - 1,6 đơn vị khối lượng sao (nếu vượt con số 3, sao neutron sẽ sụp đổ, trở thành hố đen vũ trụ). Chúng xoay quanh nhau ở khoảng cách 300km, xoắn vặn khoảng không-thời gian xung quanh, tạo ra các đợt sóng dao động tỏa đi khắp vũ trụ.

Bạn có thể quan sát GW170817 trong video dưới đây. Điểm sáng nhất ở giữa là thiên hà NGC 4993, và chếch một chút về phía trên bên trái (điểm sẽ đổi màu) chính là nơi diễn ra sự kiện GW170817.

Vụ va chạm tạo ra những luồng gamma cực kỳ dữ đội, qua đó giúp con người có thể quan sát trực tiếp một hiện tượng "vô tiền khoáng hậu", cách xa Trái đất những 130 triệu năm ánh sáng.

Nhưng đó chưa phải là tất cả. "Trong nhiều thập kỷ, khoa học đã nghi ngờ những vụ nổ tia gamma như vậy là do sao neutron tạo ra. Nhưng nay, nhờ những dữ liệu khó tin từ LIGO và VIRGO, chúng ta đã có câu trả lời thực sự" - Julie McEnery, nhà khoa học từ dự án Fermi của NASA hào hứng chia sẻ.

"Sóng hấp dẫn đã cho chúng ta biết vật thể va chạm có khối lượng tương đồng với một ngôi sao neutron, và đó không phải là hố đen, vì tia gamma phát ra quá dữ dội".

Thêm một lần nữa, sự kiện này tiếp tục chứng minh Einstein đã đúng.

"Nó cho thấy tốc độ lan truyền sóng hấp dẫn tương đương với tốc độ ánh sáng, hoặc chỉ thấp hơn 1 phần ngàn tỉ - tức là một lần nữa xác nhận tiên đoán của Einstein từ năm 1915" - Andrew Melatos từ ĐH Melbourne cho biết.

Trong thời gian tới, các chuyên gia sẽ tiếp tục bám sát vụ va chạm này, và tìm hiểu thêm về cái gọi là "kilonova". Đó là trạng thái vật chất còn sót lại sau vụ va chạm. Chúng vẫn tiếp tục phát sáng, và dần tan biến vào vũ trụ.

Nghiên cứu lần này sẽ được chính thức công bố trên tạp chí Physical Review Letters.

• Sao Neutron là gì?