Các nhà khoa học đã công bố một phương pháp mới nhằm phát hiện sóng hấp dẫn trong dải tần milli-Hertz, mở ra khả năng tiếp cận với các hiện tượng vật lý thiên văn và vũ trụ học vốn chưa thể phát hiện được bằng các thiết bị hiện tại.
Sóng hấp dẫn - những gợn sóng trong cấu trúc không-thời gian do Einstein tiên đoán - đã được quan sát ở dải tần cao nhờ các giao thoa kế đặt trên mặt đất như LIGO và Virgo, và ở dải tần cực thấp nhờ các hệ thống đếm thời gian pulsar. Tuy nhiên, dải tần trung bình vẫn là một vùng mù của khoa học.
Được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học Birmingham và Đại học Sussex, ý tưởng về thiết bị dò mới sử dụng công nghệ khoang quang học và đồng hồ nguyên tử để phát hiện sóng hấp dẫn trong dải tần số milli-Hertz khó nắm bắt (từ 10⁻⁵ tới 1 Hz).
Trong công bố trên tạp chí Classical and Quantum Gravity, các nhà khoa học giới thiệu một thiết bị dò sử dụng những tiến bộ trong công nghệ cộng hưởng quang học - ban đầu được phát triển cho các đồng hồ nguyên tử quang học - nhằm đo các thay đổi pha rất nhỏ của ánh sáng laser do sóng hấp dẫn đi qua gây ra. Không giống như các giao thoa kế quy mô lớn, các thiết bị này có cấu trúc nhỏ gọn và ít chịu ảnh hưởng từ nhiễu địa chấn và nhiễu Newton.
Đồng tác giả, Tiến sĩ Vera Guarrera từ Đại học Birmingham, nhận xét: “Bằng cách sử dụng công nghệ đã được hoàn thiện trong lĩnh vực đồng hồ nguyên tử quang học, chúng tôi có thể mở rộng khả năng phát hiện sóng hấp dẫn sang một dải tần hoàn toàn mới, với các thiết bị có thể đặt trên bàn thí nghiệm. Điều này mở ra triển vọng đầy thú vị về việc xây dựng một mạng lưới toàn cầu gồm các thiết bị dò như vậy và tìm kiếm những tín hiệu lẽ ra sẽ tiếp tục ẩn mình ít nhất một thập kỷ nữa.”
Dải tần milli-Hertz được kỳ vọng sẽ chứa các tín hiệu từ nhiều nguồn vật lý thiên văn và vũ trụ học khác nhau, bao gồm các cặp sao nhỏ có chứa sao lùn trắng và các vụ hợp nhất lỗ đen. Những sứ mệnh không gian đầy tham vọng như LISA cũng nhắm đến dải tần này, nhưng hiện chỉ được lên kế hoạch phóng vào những năm 2030. Các thiết bị cộng hưởng quang học được đề xuất có thể bắt đầu khám phá vùng tần số này ngay từ bây giờ.
Đồng tác giả, Giáo sư Xavier Calmet từ Đại học Sussex, cho biết: “Thiết bị dò này cho phép chúng tôi kiểm nghiệm các mô hình vật lý thiên văn về các hệ sao kép trong thiên hà của chúng ta, nghiên cứu các vụ hợp nhất của lỗ đen lớn, và thậm chí tìm kiếm nền sóng hấp dẫn ngẫu nhiên từ vũ trụ sơ khai. Với phương pháp này, chúng tôi có trong tay công cụ để bắt đầu dò tìm những tín hiệu này ngay từ mặt đất, mở đường cho các sứ mệnh không gian trong tương lai.”
Dù các sứ mệnh không gian trong tương lai như LISA sẽ mang lại độ nhạy vượt trội, nhưng việc triển khai chúng vẫn còn ít nhất một thập kỷ nữa. Các thiết bị cộng hưởng quang học được đề xuất mang đến một phương pháp khám phá dải tần milli-Hz tức thì và tiết kiệm chi phí.
Nghiên cứu cũng đề xuất rằng việc tích hợp các thiết bị này với các mạng lưới đồng hồ hiện có có thể mở rộng khả năng phát hiện sóng hấp dẫn xuống các tần số thấp hơn nữa, bổ sung cho các đài quan sát tần số cao như LIGO.
Mỗi đơn vị thiết bị bao gồm hai khoang quang học siêu ổn định đặt vuông góc nhau và một chuẩn tần số nguyên tử, cho phép phát hiện tín hiệu sóng hấp dẫn theo nhiều kênh. Cấu hình này không chỉ nâng cao độ nhạy mà còn cho phép xác định phân cực của sóng và hướng đến nguồn phát.
Lyr
Theo Phys.org
