Các nhà thiên văn học sẽ không phải đợi quá lâu nữa để có thể nhìn thoáng qua một trong những vụ hợp nhất lớn nhất trong vũ trụ. Nghiên cứu mời vừa được công bố hôm 13 tháng 11 trên Nature Astronomy dự đoán rằng sóng hấp dẫn sinh ra trong sự sáp nhập của hai lỗ đen siêu nặng sẽ được phát hiện trong vòng 10 năm tới đây. Nghiên cứu sử dụng dữ liệu thực tế, thay vì mô phỏng máy tính, để dự đoán khi nào quan sát như vậy sẽ được thực hiện.
"Sóng hấp dẫn từ những vụ sáp nhập lỗ đen siêu nặng là mạnh nhất trong vũ trụ," tác giả chính của nghiên cứu là Chiara Mingarelli cho biết. "Chúng thực sự khiến cho những vụ sáp nhập lỗ đen mà LIGO đã phát hiện được trở nên nhỏ bé." (LIGO là đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa laser, nơi đã phát hiện ra sóng hấp dẫn lần đầu tiên qua vụ va chạm của hai lỗ đen, được công bố vào tháng 2 năm 2016).
Việc phát hiện ra sự sáp nhập của các lỗ đen siêu nặng sẽ mang tới những cái nhìn mới về quá trình tiến hóa của các thiên hà và lỗ đen lớn. Nếu như chúng ta không thể quan sát thấy bất cứ vụ sáp nhập nào như thế trong 10 năm tới, thì cần suy nghĩ lại xem liệu các lỗ đen siêu nặng có sáp nhập hay không - Mingarelli nói.
Khi hai thiên hà và chạm và kết hợp lại, lỗ đen siêu nặng của chúng di chuyển về phía vùng trung tâm của thiên hà mới tạo thành. Các nhà khoa học sự đoán rằng hai lỗ đen siêu nặng sẽ tới gần nhau và dần dần sáp nhập. Sự kiện này sản sinh ra sóng hấp dẫn cực mạnh làm biến dạng cấu trúc không gian và thời gian.
Mặc dù sóng hấp dẫn dạng này rất mạnh, chúng nằm ngoài dải bước sóng có thể ghi nhận được bởi những thiết bị hiện nay như LIGO và Virgo. Cuộc săn lùng sóng hấp dẫn sinh ra từ sáp nhập các lỗ đen siêu nặng trên thực tế sẽ phải dựa vào các pulsar - những thiên thể được coi là những máy đếm nhịp của vũ trụ. Những thiên thể quay rất nhanh này phát ra các xung vô tuyến một cách đều đặn như một nhịp điệu cố định. Khi sóng hấp dẫn xuất hiện, nó kéo và ép không gian giữa Trái Đất và pulsar khiến cho nhịp này bị thay đổi một chút. Những thay đổi đó sẽ được theo dõi bởi những dự án quan sát pulsar.
Mingarelli và các đồng nghiệp của bà ước tính khoảng thời gian mà các dự án hiện có (có 3 dự án như vậy hiện nay đang hoạt động) thu được thông tin đầu tiên về một vụ sáp nhập lỗ đen siêu nặng. Nhóm nghiên cứu lập danh sách các thiên hà gần có thể có những cặp lỗ đen siêu nặng, sau đó họ kết hợp thông tin có được đó với bản đồ các pulsar gần để tìm ra khả năng phát hiện được hiện tượng này.
"Nếu bạn tính tới vị trí của các pulsar trên bầu trời, về cơ bản bạn có 100% cơ hội phát hiện được thứ gì đó trong 10 năm tới," Mingarelli nói. "Mấu chốt ở chỗ bạn cần chọn được ít nhất một cặp lỗ đen siêu nặng ở khu vực lân cận."
Những thiên hà lớn đồng nghĩa với việc có những lỗ đen lớn và do đó sóng hấp dẫn phát ra từ sáp nhập của chúng sẽ mạnh hơn. Nhưng lỗ đen lớn cũng sáp nhập nhanh hơn, làm giảm khả năng chúng được phát hiện. Một vụ sáp nhập lỗ đen trong thiên hà lớn như M87 sẽ gây ra sóng hấp dẫn có thể phát hiện được kéo dài khoảng 4 triệu năm, trong khi thiên hà nhỏ hơn như Sombrero sẽ tạo ra sóng hấp dẫn như vậy kéo dài khoảng 160 triệu năm.
Nếu thành công, phát hiện như vậy sẽ mang lại cho các nhà vật lý thiên văn hiểu biết sâu sắc hơn về những gì diễn ta trong những vụ sáp nhập thiên hà và mở ra một phương thức mới để nghiên cứu vật lý cơ bản ở những nơi mà không thể tiếp cận bằng bất cứ cách nào khác từng có. Số lượng những cuộc sáp nhập lỗ đen siêu nặng được quan sát cũng sẽ cho chúng ta biết những vụ sáp nhập có thường xuyên hay không, và qua đó hiểu hơn về quá trình tiến triển của vũ trụ theo thời gian.
Ngược lại, nếu như không có vụ sáp nhập lỗ đen siên nặng nào được phát hiện, điều đó có nghĩa là có thể các lỗ đen khi tới gần nhau vẫn cách nhau khoảng 3 năm ánh sáng (hay 1 parsec). Đây là điều được biết tới với các tên "Bài toán cuối cùng về parsec". Hai lỗ đen tới gần nhau dần và quỹ đạo của chúng bị mất năng lượng sinh ra sóng hấp dẫn, nhưng quá trình đó kéo dài còn lâu hơn cả tuổi của vũ trụ.
Theo Mingarelli, nếu các nhà thiên văn học phát hiện được sóng hấp dẫn tự sáp nhập của hai lỗ đen siêu nặng, đó sẽ là điều rất thú vị.
Bryan
Theo Space Daily
