Vũ trụ của chung ta là một đại dương hỗn loạn đày những gợn sóng của không-thời gian mà các nhà khoa học gọi là sóng hấp dẫn. Các nhà thiên văn học cho rằng những làn sóng từ những cặp lỗ đen siêu nặng chuyển động quanh nhau ở những thiên hà rất xa có bước sóng dài tới hàng năm ánh sáng và họ đã cố gắng quan sát chúng trong nhiều thập kỷ. Giờ đây, họ đã tới được gần hơn nhờ kính thiên văn không gian tia gamma Fermi của NASA.
Fermi có khả năng phát hiện các tia gamma, loại ánh sáng năng lượng cao nhất. Một nhóm các nhà khoa học quốc tế đã theo dõi dữ liệu thu được trong hơn một thập kỷ của Fermi về các pulsar - những lõi sao quay rất nhanh sau khi phần ngoài bị thổi bay bởi vụ nổ supernova vào cuối đời của ngôi sao. Họ tìm kiếm những dao động rất nhỏ về thời điểm mà tia gamma từ những pulsar này tới với chúng ta, đó là những thay đổi có nguyên nhân từ việc bức xạ đi xuyên qua sóng hấp dẫn trên đường tới Trái Đất. Nhưng họ chưa tìm thấy điều đó.
Mặc dù không phát hiện ra sóng hấp dẫn, phân tích cho thấy khi quan sát nhiều hơn, những sóng này hoàn toàn nằm trong khả năng ghi nhận của Fermi.
"Chúng tôi khá ngạc nhiên khi phát hiện ra rằng Fermi có thể hỗ trợ việc săn lùng sóng hấp dẫn," Matthew Kerr - nhà vật lý ở Phòng thí nghiệm nghiên cứu Hải quân Hoa Kỳ - cho biết. "Đây là điều rất mới mẻ, những nghiên cứu ở bước sóng vô tuyến đã làm việc tương tự trong nhiều năm. Nhưng Fermi và tia gamma có những điểm đặc biệt khiến chúng trở thành công cụ rất mạnh mẽ cho việc tìm kiếm này."
Nghiên cứu được thực hiện bởi Kerr và Aditya Parthasarathy - một nhà nghiên cứu của Viện Thiên văn vô tuyến Max Planck ở Bonn (Đức). Kết quả của nghiên cứu đã được đăng hôm mùng 7 tháng 4 trên tạp chí Science.
Khi các vật thể có khối lượng lớn được gia tốc, chúng tạo ra sóng hấp dẫn truyền qua không gian với vận tốc ánh sáng. Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế laser (viết tắt là LIGO) - nơi lần đầu tiên phát hiện được sóng hấp dẫn vào năm 2015 - có thể cảm nhận được những gợn sóng với bước sóng hàng chục hay hàng trăm dặm truyền qua Trái Đất trong chỉ một phần nhỏ của giây. Ăng ten không gian giao thoa kế laser (LISA) đang được xây dựng sẽ có khả năng tóm được những gợn sóng dài hàng triệu hay thậm chí hàng tỷ dặm.
Kerr và nhóm của ông đang tìm kiếm những sóng dài tới hàng năm ánh sáng. Những gợn sóng dài này là một phần của nền sóng hấp dẫn - một biển sóng ngẫu nhiên sinh ra khi một cặp lỗ đen siêu nặng ở trung tâm các thiên hà sáp nhập vào nhau trong vũ trụ.
Để tìm kiếm chúng, các nhà khoa học cần tới những máy dù có kích thước cỡ thiên hà, được gọi là những tổ hợp pulsar đếm giờ. Những tổ hợp này sử dụng các pulsar mili-giây (những pulsar quay nhanh như lưỡi dao trong máy xay sinh tố ở nhà bạn). Những pulsar này ném vào không gian những tia bức xạ với đủ bước sóng từ vô tuyến tới gamma, một cách đều đặn đến đàng kinh ngạc, giống như những chiếc đồng hồ của vũ trụ.
Khi sóng hấp dẫn đi vào giữa những pulsar này và Trái Đất, chúng làm trẽ hoặc kéo dài thời điểm mà bức xạ tới với chúng ta khoảng vài phần tỷ giây. Bằng cách xác định sự dao động của các xung mà những tổ hợp pulsar này phát ra, các nhà khoa học hi vọng rằng có thể tìm ra sóng hấp dẫn đã gây ra chúng.
Các nhà thiên văn vô tuyến đã sử dụng những tổ hợp pulsar đếm giờ trong nhiều thập kỷ, những quan sát của họ có độ nhạy cao nhất đối với việc phát hiện sóng hấp dẫn. Tuy nhiên, những hiệu ứng của không gian liên sao làm phức tạp hóa việc phân tích dữ liệu vô tuyến. Không gian có chứa nhiều electron tự do và chúng có thể làm lệch đường đi của sóng vô tuyến. Việc đó khiến thời điểm nhận xung có thể bị dao động - và như vậy sẽ không thu được kết quả chính xác. Tia gamma thì không chịu tác động như vậy, và do đó có thể bổ sung cũng như đưa ra những tuyên bố độc lập so với kết quả vô tuyến.
Parthasarathy cho biết: kết quả của Fermi tốt hơn so với việc sử dụng sóng vô tuyến 30%. Thêm 5 năm thu thập dữ liệu nữa từ các pulsar thì việc phân tích sẽ không còn cần lo lắng về các electron tự do nữa.
Trong thập kỷ tới, các nhà thiên văn vô tuyến cũng như gamma sẽ cùng trông đợi việc đạt được độ nhạy đủ cao để họ có thể thu được sóng hấp dẫn từ những cặp lỗ đen quái vật có quỹ đạo quanh nhau.
"Khả năng chưa từng có của Fermi trong việc xác định chính xác thời gian xuất hiện của tia gamma và trường nhìn rộng của nó giúp cho phép đo này có thể thực hiện được. Từ khi được khởi động, sứ mệnh này đã liên tục làm chúng tôi ngạc nhiên với những thông tin mới về bầu trời gamma. Tất cả chúng tôi đều mong chờ khám phá tuyệt vời tiếp theo." - Judith Racusin ở Trung tâm bay không gian Goddard của NASA cho biết.
Bryan
Theo Science Daily
