Những điểm đặc biệt về sóng hấp dẫn

Albert Einstein từng tiên đoán về sóng hấp dẫn trong nghiên cứu của ông về thuyết tương đối hơn một thế kỷ trước. Chúng là những gợn sóng trong không gian - thời gian, thuộc cấu trúc vũ trụ.

Lý thuyết nói rằng, những xáo trộn trong vũ trụ sẽ làm không gian - thời gian co giãn, giống việc đặt một quả bóng bowling lên tấm bạt gắn lò xo. Các vật thể khác trên bề mặt sẽ “rơi” về phía trung tâm. Đây là một ẩn dụ về lực hấp dẫn, trong đó tấm bạt lò xo là không gian và thời gian.

Khi các vật thể di chuyển nhanh, chúng tạo gợn sóng dọc theo cấu trúc không gian - thời gian bị uốn cong với tốc độ ánh sáng. Vật càng lớn, kích thước sóng càng lớn và giúp các nhà khoa học phát hiện chúng dễ dàng hơn.

Sóng hấp dẫn không tương tác với vật chất nên chúng không bị cản trở khi di chuyển quanh vũ trụ.

Các sóng mạnh nhất sản sinh từ những xáo động lớn nhất trong vũ trụ - khi hai lỗ đen va chạm, ngôi sao khổng lồ phát nổ hoặc sự ra đời của vũ trụ cách đây khoảng 13,8 tỷ năm.

Vì sao phát hiện sóng hấp dẫn là điều quan trọng?

Tìm ra bằng chứng về sóng hấp dẫn sẽ kết thúc quá trình nghiên cứu tiên đoán trong học thuyết của Einstein, vốn thay đổi cách tiếp cận của nhân loại về khái niệm cơ bản trong khoa học vũ trụ, như không gian và thời gian.

Phát hiện về sóng hấp dẫn mở ra những điều thú vị mới trong ngành thiên văn học, giúp con người thực hiện các phép đo các ngôi sao xa xôi, thiên hà và các hố đen dựa trên bức sóng mà chúng tạo ra.

Sóng hấp dẫn nguyên thủy, loại khó nhất để phát hiện, sẽ thúc đẩy lý thuyết hàng đầu của ngành vũ trụ học. Đó là "sự giãn nở" hay mở rộng kích thước vũ trụ theo cấp số nhân.

Sóng nguyên thủy được cho là vẫn đang cộng hưởng khắp vũ trụ hiện nay, dù yếu. Phát hiện về sóng hấp dẫn sẽ cho chúng ta thấy mức năng lượng cần thiết khi hiện tượng giãn nở không gian trong vũ trụ xảy ra, làm sáng tỏ vụ nổ Big Bang.

Tại sao sóng hấp dẫn khó phát hiện?

Nhà vật lý Eistein từng nghi ngờ sóng hấp dẫn không tồn tại. Những gợn sóng phát ra từ một cặp lỗ đen xung quanh sẽ kéo dài 1 triệu thước km trên Trái đất, nhỏ hơn kích thước của một nguyên tử.

Năm 1974, các nhà khoa học nhận thấy quỹ đạo của một cặp sao neutron trong thiên hà trở nên nhỏ hơn tại một thời điểm, phù hợp với sự mất năng lượng thông qua các sóng hấp dẫn. Phát hiện này từng được trao giải Nobel Vật lý vào năm 1993.

Sau khi nhà vật lý người Mỹ Joseph Weber tạo ra máy dò bằng xi lanh nhôm đầu tiên vào năm 1960, hàng chục năm sau, các phát minh khác ra đời như kính thiên văn, vệ tinh và chùm tia laser.

Kính thiên văn đặt tại trái đất và không gian được dùng để phát hiện bức xạ nền vi sóng vũ trụ - ánh sáng nhạt còn sót lại từ vụ nổ Bing Bang. Đây là bằng chứng cho thấy sóng hấp dẫn bẻ cong và làm duỗi không gian và thời gian.

Năm 2014, các nhà thiên văn Mỹ thông báo họ đã xác định được sóng hấp dẫn qua kính thiên văn BICEP2 đặt tại Nam Cực. Nhưng sau đó, họ thừa nhận đây là đây là điều nhầm lẫn.

Chúng ta có thể nhìn thấy chúng bằng cách nào?

Sóng hấp dẫn chạy qua một vật thể sẽ làm thay đổi hình dạng, kéo dài và ép nó theo hướng sóng đang di chuyển, và để lại dấu vết dù rất nhỏ.

Máy phát hiện sóng hấp dẫn như LIGO và Virgo ở Italy được thiết kế để nhận diện những cấu trúc méo mó như vậy. Tại LIGO, các nhà khoa học chia ánh sáng laser thành hai tia vuông góc, dài vài km. Gương sẽ phản chiếu hai tia này về nơi chúng xuất phát. Bất kỳ sự khác biệt trong chiều dài của hai tia vuông góc sẽ cho thấy sự ảnh hưởng của sóng hấp dẫn.

Hải Anh