Dò được những gợi ý về cuộc sáp nhập lỗ đen lớn nhất

Các nhà khoa học tại LIGO đã tìm thấy nhiều sóng hấp dẫn. NguồnDavid Ryder/Bloomberg via Getty Images

Các nhà thiên văn học đã loan báo về một loạt khám phá về sóng hấp dẫn – những gợn sóng trong không – thời gian do các sự kiện vũ trụ lớn tạo ra. Họ dò được bốn cuộc sáp nhập các lỗ đen từ năm 2017, trong đó gợi ý đến một cuộc sáp nhập trên quy mô lớn với sự tham gia của một lỗ đen có khối lượng lớn hơn mặt trời 80 lần.

Nghiên cứu này đã được đưa trên trang web của Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế laser (LIGO) và xuất bản trên arXiv vào ngày 3/12.

LIGO từng là nơi phát hiện mang tính lịch sử về sóng hấp dẫn từ một cuộc sáp nhập lỗ đen vào năm 2015, và những dấu vết mờ nhạt của các sự kiện tạo ra sóng hấp dẫn khác kể từ thời điểm đó. Dữ liệu gần nhất được công bố gồm tổng số 10 cuộc sáp nhập lỗ đen, và sự va chạm của hai ngôi sao neutron. Không chỉ LIGO mà nhiều thiết bị quan sát khác cũng đã quan sát được – từ những kính viễn vọng radio đến các đài quan sát tia gamma không gian và góp phần giải thích nhiều bí ẩn vũ trụ.

Tất cả 11 sự kiện này đều được hai giao thoa kế của LIGO ở Lousiana và Washington cũng như hai “người anh em” của chúng là Virgo ở Ý – dù có độ nhạy kém hơn một chút - quan sát.

Các cuộc quan sát này là một loạt sự kiện thành công trong tháng 9/2017: không chỉ thấy các ngôi sao neutron, họ còn thấy bốn cuộc sáp nhập lỗ đen. Virgo cũng ghi nhận được cuộc dò đầu tiên vào ngày 14/8, cung cấp dữ liệu về cuộc tìm kiếm sau neutron ngày 17/8 và sau đó chứng kiến một cuộc sáp nhập khác vào ngày 18/8. “Và sau đó tôi thoát khỏi đám ‘xì gà’ này”, Jo van den Brand – một nhà vật lý tại Viện nghiên cứu Vật lý hạt nhân và vật lý năng lượng cao (Nikhef) tại Amsterdam và là người phát ngôn của nhóm hợp tác Virgo, nói một cách hài hước.

Để đưa các dữ liệu này vào một bộ danh mục, nhóm hợp tác LIGO-Virgo đã tái phân tích dữ liệu từ các sự kiện vũ trụ này theo thời gian thực từ sự kiện xảy ra vào năm 2015 và đầu năm 2016, đến sự kiện thứ hai vào cuối năm 2016 và kết thúc vào năm 2017.

Đặc biệt, các kỹ thuật phân tích data được cải tiến đã đủ khả năng giúp các nhà nghiên cứu tái phân loại sự kiện đã xảy ra từ tháng 10/2015 – chậm hơn một tháng sau lần dò sóng hấp dẫn vào ngày 14/9 của LIGO – kết quả của một cuộc sáp nhập lỗ đen. Trước đây, họ chỉ có thể mô tả nó như một sự kiện “có thể xảy ra”.

Nhóm nghiên cứu đã thực hiện một phân tích “offline” (ngoại tuyến) và phát hiện thêm có nhiều sự kiện chưa được biết đến trước đây. “Chúng tôi quyết định chờ cho đến khi đợt phân tích này kết thúc và công bố tất cả các lỗ đen vào cùng một lượt”, Karsten Danzmann – nhà vật lý tại Viện nghiên cứu vật lý hấp dẫn Max Planck ở Hanover, Đức, cho biết

Các cuộc tìm kiếm offline đã tìm ra “quái vật” GW170729 có khối lượng gấp 80 mặt trời. So với những sự kiện khác thì việc dò ra GW170729 không được chắc chắn lắm nhưng nhóm nghiên cứu vẫn quyết định đưa nó vào danh mục này. “GW170729 vẫn nghiêng về một sự kiện có thực hơn”, Cole Miler – một nhà vaath lý thiên văn tại trường đại học Maryland ở College Park và không tham gia vào nhóm hợp tác nghiên cứu, nhận xét.

Ngoài 11 sự kiện vũ trụ, bộ danh mục này còn có cả một tá cuộc khởi động xảy ra ở vùng biên vũ trụ. Đây đều là những sự kiện có tín hiệu được ít nhất một trong hai giao thoa kế ghi lại nhưng không đủ dữ liệu để các nhà nghiên cứu xác nhận là một sự kiện vật lý thiên văn.

Một thay đổi trong các chuỗi sự kiện ở LIGO – Virgo là sự nới lỏng các tiêu chuẩn để nhóm hợp tác có thể kêu gọi cộng đồng tham gia một sự kiện nghiên cứu và để tìm hiểu vấn đề trong thời gian thực. Miller cho rằng, điều này có thể tốt cho phần lớn các nhà vật lý thiên văn “Điều đó nghĩa là sẽ có nhiều cơ hội để họ tìm thấy những sự kiện vũ trụ tiếp theo”.

Nhóm hợp tác dự kiến sẽ thúc đẩy công việc này để có thể tiếp tục dành năng lượng cỉa mình vào chuyến quan sát thứ ba, sẽ khởi động vào tháng 3/2019, van den Brand nói. Kể từ tháng 9/2017, ba cỗ máy dò đã được xây dựng để nâng cấp độ nhạy lên gấp đôi. Điều đó có nghĩa là khối lượng của bộ phận giám sát của chúng – và tần số của các cuộc dò của chúng – có thể tăng lên gấp 8 lần.