Nhóm các nhà khoa học đứng đầu bởi Viện Vũ trụ học mô phỏng thuộc Đại học Durham đã thực hiện những giả lập lớn có thể sử dụng để dự đoán mật độ xác định được các sóng hấp dẫn xuất phát từ va chạm giữa các lỗ đen.
Biên độ và tần số của những sóng này có thể hé lộ khối lượng ban đầu của những "hạt giống" mà từ đó những lỗ đen đầu tiên lớn lên kể từ khi chúng hình thành cách đây 13 tỷ năm và cung cấp những manh mối xa hơn về nguyên nhân và khởi đầu của chúng - các nhà nghiên cứu cho biết.
Nghiên cứu kết hợp các mô phỏng từ dự án EAGLE, một dự án nhắm vào mục tiêu tạo ra mô phỏng thực tế của vũ trụ đã biết trong máy tính, với một mô hình tính toán tín hiệu của sóng hấp dẫn.
Hai phát hiện sóng hấp dẫn xuất phát từ va chạm của các lỗ đen siêu nặng có thể thực hiện được mỗi năm bằng cách sử dụng các thiết bị đặt ngoài không gian như Ăng ten giao thoa laser không gian đã nâng cấp (eLISA) được dự kiến sẽ đưa lên quĩ đạo vào năm 2034.
Vào tháng hai vừa qua, chương trình hợp tác quốc tế LIGO và Virgo đã công bố việc họ phát hiện sóng hấp dẫn lần đầu tiên với việc sử dụng các thiết bị mặt đất, và sau đó lần phát hiện thứ hai được công bố vào tháng sáu.
Khi eLISA được đưa vào không gian, nó sẽ lớn hơn ít nhất là 250.000 lần so với các thiết đo ở Trái Đất (lớn hơn ở cánh tay laser do khoảng cách giữa thiết bị, không phải kích thước của từng thiết bị). Như vậy nó sẽ có thể phát hiện những sóng hấp dẫn có tần số thấp hơn nhiều được gây ra bởi va chạm giữa các lỗ đen có khối lượng có thể lên tới hàng triệu lần khối lượng Mặt Trời.
Các lý thuyết hiện hành gợi ý rằng các hạt giống lỗ đen này là kết quả của sự lớn lên và suy sập của các ngôi sao thế hệ đầu tiên trong vũ trụ, cũng có thể là từ va chạm giữa các sao trong những cụm sao đặc hoặc va chạm gián tiếp của những sao cực nặng trong vũ trụ sớm.
Mỗi lý thuyết này dự đoán khối lượng ban đầu khác nhau của các hạt giống lỗ đen siêu nặng, các va chạm giữa chúng do đó cũng tạo thành sóng hấp dẫn với tần số khác nhau. Điều đó có nghĩa là các phát hiện tiềm năng của eLISA có thể hỗ trợ việc xác định cơ chế chính xác của sự tạo thành các lỗ đen siêu nặng và thời điểm chúng được tạo thành trong lịch sử vũ trụ.
Tác giả chính của nghiên cứu, nghiên cứu sinh tiến sĩ Jaime Salcido tại Viện vũ trụ học mô phỏng Đại học Durham nói: "Hiểu biết nhiều hơn về sóng hấp dẫn có nghĩa là chúng ta có thể nghiên cứu vũ trụ theo môt cách hoàn toàn khác. Những sóng này gây ra bởi va chạm giữa những đối tượng có khối lượng lớn hơn nhiều Mặt Trời của chúng ta. Bằng cách kết hợp sự phát hiện sóng hấp dẫn với các mô phỏng, chúng tôi cuối cùng có thể tìm ra thời điểm và cách mà các hạt giống lỗ đen siêu nặng hình thành."
Đồng tác giả của nghiên cứu là giáo sư Richard Bower bổ sung: "Các lỗ đen là yếu tố cơ bản của sự hình thành thiên hà và chúng được tin rằng nằm tại trung tâm của hầu hết các thiên hà, bao gồm chính Milky Way của chúng ta. Khám phá cách mà chúng đã trở thành như ngày nay là một trong những bài toán chưa được giải quyết của vũ trụ học và thiên văn học. Nghiên cứu của chúng tôi đã cho thấy các máy dò đặt ngoài không gian có thể cung cấp những cách nhìn mới vào bản chất của các lỗ đen siêu nặng.
Sóng hấp dẫn được dự đoán lần đầu tiên cách đây 100 năm bởi Albert Einstein như một phần của thuyết tương đối rộng.
Những sóng này là những gợn gây ra bởi những sự kiện dữ dội trong vũ trụ làm kéo giãn và nén cấu trúc của không thời gian, nhưng hầu hết chúng quá nhỏ để có thể được phát hiện.
LIGO đã phát hiện sóng hấp dẫn bằng các thiết bị mặt đất, được gọi là các giao thoa kế, nó dùng các dòng laser để thu được những nhiễu loạn gây ra bởi sóng hấp dẫn.
eLISA sẽ hoạt động theo cách tương tự, xác định những thay đổi nhỏ trong khoảng cách giữa ba vệ tinh sẽ chuyển động trên quĩ đạo quanh Mặt Trời, hợp với nhau thành một tam giác và liên kết với nhau bởi các dòng laser.
Trong tháng sáu, đã có báo cáo về viêc LISA Pathfinder, một một hình thử nghiệm của eLISA đã chứng minh thành công rằng công nghệ này mở ra cánh cửa vào việc phát triển một dài quan sát không gian lớn có khả năng xác định các sóng hấp dẫn ngoài không gian.
Bryan
Theo Science Daily
