Thuyết tương đối rộng của Einstein dự đoán: Bất kỳ vật thể quay nào cũng kéo theo kết cấu không gian thời gian xung quanh nó. Hiệu ứng này được gọi là "Kéo hệ quy chiếu" (frame-dragging).
Hiệu ứng này rất khó nhìn thấy trong cuộc sống hàng ngày. Để phát hiện kéo hệ quy chiếu gây ra bởi toàn bộ vòng quay của Trái Đất đòi hỏi các vệ tinh như Gravity Probe B trị giá đến 750 triệu USD. Chưa hết, góc quay của con quay hồi chuyển tương đương cũng chỉ lệch 1 độ mỗi 100.000 năm hoặc lâu hơn.
Một nghiên cứu trên tạp chí Khoa học cho thấy ảnh hưởng của kéo hệ quy chiếu ở quy mô lớn hơn, thông qua quan sát cặp sao kỳ lạ đang quay quanh nhau với tốc độ chóng mặt. Cặp sao chuyển động trong không-thời gian bị bẻ cong, gây bối rối cho các nhà khoa học thời gian dài trước khi họ sử dụng thuyết tương đối rộng của Einstein để giải thích về quỹ đạo của chúng. Nghiên cứu này vừa được công bố hôm 31/1.
 |
| Minh họa cho hiệu ứng kéo hệ quy chiếu. Ảnh: Sciencealert. |
Thuyết tương đối rộng là nền tảng của thuyết hấp dẫn hiện đại. Nó giải thích chuyển động chính xác của các ngôi sao, hành tinh và vệ tinh, thậm chí cả dòng chảy thời gian. Một trong những dự đoán ít được biết đến của nó là các vật thể quay tròn sẽ kéo theo không gian-thời gian xung quanh chúng. Vật thể quay với tốc độ càng nhanh và càng nhiều, lực kéo càng mạnh.
Sao lùn trắng là loại sao biểu hiện rõ cho dự đoán này. Phần lõi còn sót lại từ những ngôi sao đã chết do cạn kiệt hydro có khối lượng nặng gấp nhiều lần Mặt trời của chúng ta.
Với kích thước tương đương với Trái Đất nhưng nặng gấp hàng trăm nghìn lần, sao lùn trắng quay rất nhanh, mỗi vòng chỉ quay trong 1 hoặc 2 phút, thay vì 24 giờ như Trái Đất. Điều này khiến hiệu ứng kéo hệ quy chiếu gây ra bởi một sao lùn trắng sẽ mạnh gấp khoảng 100 triệu lần so với Trái Đất.
Hai mươi năm trước, kính viễn vọng vô tuyến Parkes đã phát hiện ra cặp sao độc đáo gồm một sao lùn trắng (có kích thước bằng Trái Đất nhưng nặng hơn khoảng 300.000 lần) và một sao xung (kích thước chỉ bằng một thành phố nhưng nặng hơn 400.000 lần).
 |
| Sao xung là các sao neutron xoay rất nhanh, nó biểu hiện như một nguồn sóng radio, được phát ra đều đặn ở các chu kì ngắn Trong hình là ảnh quang học tổng hợp của tinh vân Con Cua, với chất khí ở gần bị xoắn lên do trường điện từ và bức xạ của pulsar gây nên. Ảnh: Wikipedia. |
So với các sao lùn trắng, pulsar có kết cấu khác hoàn toàn. Chúng được tạo ra không phải từ nguyên tử thông thường mà là các neutron bó chặt với nhau, điều khiến chúng trở nên cực kỳ dày đặc. Pulsar trong nghiên cứu nêu trên có tốc độ quay 150 lần/phút.
Điều này có nghĩa rằng cứ 150 lần mỗi phút, một chùm sóng vô tuyến phát ra từ ngôi sao này quét qua điểm nhìn thuận lợi trên Trái Đất. Chúng ta có thể sử dụng cơ sở này để lập bản đồ đường đi của pulsar khi nó quay quanh sao lùn trắng, dựa trên thời điểm khi xung của pulsar quét đến kính viễn vọng.
Lập bản đồ quỹ đạo không dành cho người thiếu kiên nhẫn nhưng lại mang đến kết quả rất chính xác. Dù PSR J1141-6545 cách xa Trái Đất vài trăm triệu tỷ km, chúng ta vẫn biết rằng sao xung này quay 2,5387230404 lần mỗi giây và quỹ đạo đang rơi trong không gian.
Điều này cho thấy mặt phẳng quỹ đạo của nó không cố định mà đang quay chậm.
Khi các cặp sao được sinh ra, ngôi sao lớn nhất sẽ chết trước, thường tạo ra một sao lùn trắng. Trước khi ngôi sao thứ hai chết, nó chuyển vật chất sang sao lùn trắng.
 |
| Ảnh minh họa một sao lùn trắng được tạo ra bởi sự chuyển giao vật chất từ ngôi sao còn lại. Ảnh: Sciencealert. |
Một chiếc đĩa hình thành khi vật liệu này rơi về phía sao lùn trắng, đẩy nhanh tốc độ quay của sao lùn trắng trong suốt hàng chục nghìn năm đến khi nó quay chỉ vài phút/vòng.
Trong những trường hợp hiếm hoi khác, ngôi sao thứ hai phát nổ trong vụ siêu tân tinh, để lại 1 pulsar. Sao lùn trắng quay nhanh kéo theo không-thời gian xung quanh nó, làm cho mặt phẳng quỹ đạo của pulsar nghiêng khi bị kéo theo. Độ nghiêng này được quan sát thông qua bản đồ quỹ đạo pulsar.
Chính Einstein cũng từng nghĩ nhiều dự đoán của ông về không gian và thời gian sẽ không bao giờ có thể quan sát được. Nhưng vài năm qua, chúng ta đã chứng kiến cuộc cách mạng trong vật lý thiên văn, bao gồm việc phát hiện sóng hấp dẫn và hình ảnh một lỗ đen qua hệ thống kính viễn vọng trên toàn thế giới, cùng những thiết bị trị giá hàng tỷ USD.
