Ngày 14 tháng 9 năm ngoái, những làn sóng năng lượng di chuyển trong hơn 1 tỷ năm đã nhẹ nhàng lách qua vùng không-thời gian lân cận Trái Đất. Nhiễu loạn gây ra bởi cuộc sáp nhập của hai lỗ đen đã được ghi nhận bởi hai cơ sở của Đài quan sát sóng hấp dẫn bằng giao thoa laser (LIGO) ở Hanford, Washington và Livingston, Lousiana. Sự kiện này dánh dấu ghi nhận đầu tiên từng có về sóng hấp dẫn và mở ra một cửa sổ mới cho khoa học về cách vận hành của vũ trụ.
Chưa đầy nửa giây sau đó, máy dò vụ nổ gamma (GBM) của kính thiên văn không gian quan sát tia gamma Fermi của NASA thu được một vụ nổ nhỏ năng lượng cao ở cùng một khu vực trên bầu trời. Phân tích cho thấy khả năng đây là trùng hợp ngẫu nhiên chỉ là 0,2%. Tia gamma phát hiện từ sáp nhập của hai lỗ đen sẽ là khám phá mang tính bước ngoặt bởi các lỗ đen được cho rằng luôn sáp nhập một cách "sạch sẽ", không phát ra bất cứ tia sáng nào.
"Đây là một phát hiện hấp dẫn với khả năng báo động giả là thấp, nhưng trước khi chúng ta bắt đầu viết lại những cuốn sách, chúng ta sẽ cần quan sát nhiều vụ nổ hơn với sự có mặt của sóng hấp dẫn trong các cuộc sáp nhập lỗ đen", Valerie Connaughton, thành viên nhóm nghiên cứu GBM tại Trung tâm không gian, khoa học và công nghệ quốc gia ở Huntsville, Alabama, đồng thời là tác giả chính của bài báo đang được Astrophysical Journal xem xét, cho biết.
Phát hiện ánh sáng từ một nguồn sóng hấp dẫn sẽ cho phép những hiểu biết sâu hơn về sự kiện. GBM quan sát được toàn bộ bầu trời mà không bị cản bởi Trái Đất, nó nhạy cảm với tia X và tia gamma với năng lượng trong khoảng từ 8.000 đến 40 triệu eV. Để so sánh, năng lượng của ánh sáng biểu kiến nằm trong khoảng từ 2 đến 3 eV.
Với dải năng lượng lớn và trường nhìn rộng, GBM là thiết bị hàng đầu để xác định ánh sáng từ các vụ nổ tia gamma (GRB) ngắn, chỉ kéo dài khoảng 2 giây. Chúng được tin rằng có thể thu được khi các vật thể đặc chuyển động quanh nhau như sao neutron hay lỗ đen di chuyển theo đường xoắn về phía nhau và va chạm. Quá trình tương tự được cho là nguồn chính của sóng hấp dẫn.
"Chỉ với một sự kiện chung, tia gamma và sóng hấp dẫn cùng cho chúng ta biết thứ gì đã gây ra một GRB ngắn," Lindy Blachburn, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ ở Trung tâm vật lý thiên văn Harvard-Smithsonianm, Cambridge, Masachusetts, đồng thời là thành viên của chương trình hợp tác LIGO nói. "Có một hợp lực đáng kinh ngạc giữa hai quan sát, với tia gamma hé lộ chi tiết về năng lượng cũng như môi trường của nguồn và sóng hấp dẫn cung cấp thăm dò duy nhất về cơ chế dẫn tới sự kiện."
Hiện nay, các đài quan sát sóng hấp dẫn có tầm nhìn tương đối mờ. Việc này sẽ được cải thiện khi các cơ sở quan sát mới sẽ được đưa vào hoạt động. Nhưng vào tháng 9 khi sự kiện GW150914 (đặt tên theo ngày được phát hiện) được ghi nhận, các nhà khoa học của LIGO chỉ có thể quan sát được một khoảng bầu trời có diện tích 600 độ vuông, tương đương với phần góc bị nước Mỹ chiếm khi quan sát Trái Đất.
Chưa tới nửa giây sau khi LIGO phát hiện sóng hấp dẫn, GBM đã thu được một xung yếu của tia X năng lượng cao kéo dài chỉ khoảng 1 giây. Vụ nổ gây tác động thu được ở Trái Đất ở thấp hơn quĩ đạo của Fermi và ở góc cao đối với các máy thu GBM, một tình huống làm giới hạn khả năng xác định chính xác vị trí. May mắn thay, Trái Đất đã chặn một khu vực lớn có khả năng xảy ra vụ nổ và có thể được quan sát bởi Fermi trong cùng thời điểm, cho phép các nhà khoa học xác định chính xác hơn vị trí của vụ nổ.
Sự kiện LIGO được gây ra bởi sáp nhập của hai lỗ đen, mỗi cái có khối lượng khoảng 30 lần khối lượng Mặt Trời. Các hệ kép của lỗ đen lớn như vậy không được trông đợi là phổ biến, và rất nhiều câu hỏi vẫn còn đó về bản chất và sự hình thành của hệ.
Những cuộc sáp nhập lỗ đen không được hi vọng sẽ phá ra nhiều tia X hay gamma vì cần có khí ở quanh lỗ đen để phát xạ. Vì lí do này, một số nhà thiên văn học coi vụ nổ GBM đã phát hiện là sự kiện không liên quan gì tới sự kiện GW150914. Nhiều người khác đã phát triển một kịch bản trong đó các lỗ đen sáp nhập có thể phát ra tia gamma có thể quan sát được. Nó sẽ đòi hỏi nhiều phát hiện hơn để xác nhận điều gì thực sự xảy ra khi các lỗ đen va chạm.
Albert Einstein đã dự đoán sự tồn tại của sóng hấp dẫn trong thuyết tương đối rộng của ông cách đây 1 thế kỷ, và các nhà khoa học đã trông đợi để xác định được nó trong 50 năm qua. Einstein đã mô tả sóng hấp dẫn là những gợn sóng trong cấu trúc không-thời gian tạo ra bởi các thiên thể nặng được gia tốc như các lỗ đen chuyển động quanh nhau. Các nhà khoa học rất quan tâm tới việc quan sát và tìm hiểu đặc tính của sóng này để hiểu hơn về nguồn phát của chúng cũng như về chính bản thân hấp dẫn.
Bryan
Theo Science Daily
