Những lỗ đen lớn gấp hàng triệu lần Mặt Trời bẻ cong không gian

Hình minh họa sóng hấp dẫn làm biến dạng không gian xung quanh Trái Đất. Ảnh: Danielle Futselaar, MPIfR.

Bằng cách theo dõi sự thay đổi khoảng cách giữa Trái Đất và các sao xung trong các thiên hà lân cận, các nhà khoa học đã phát hiện vùng không gian ở giữa liên tục bị kéo giãn và nén lại. Đây là dấu hiệu cho thấy sự tồn tại của các đợt sóng hấp dẫn, loại sóng tạo ra bởi các vật thể khối lượng lớn, di chuyển nhanh và làm kéo giãn kết cấu không gian.

Các đợt sóng hấp dẫn này có bước sóng lên tới hàng chục năm ánh sáng, mạnh hơn và dài hơn hàng nghìn lần so với các đợt sóng được tìm thấy lần đầu vào năm 2015, vốn chỉ có bước sóng dài hàng chục hoặc hàng trăm km. Do đó, các nhà nghiên cứu nghi ngờ các đợt sóng mới phát thiện có thể bắt nguồn từ nhiều cặp lỗ đen lớn gấp hàng triệu hoặc thậm chí hàng tỷ lần khối lượng Mặt Trời, theo Nature.

"Trái Đất lắc lư do sóng hấp dẫn đang quét qua Dải Ngân Hà", Scott Ransom, nhà vật lý thiên văn tại Đài quan sát thiên văn vô tuyến quốc gia Mỹ, cho biết.

4 nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra dấu hiệu của các đợt sóng hấp dẫn là NANOGrav ở Bắc Mỹ, Pulsar Timing Array châu Âu, Parkes Pulsar ở Úc và Pulsar Timing Array Trung Quốc. Các nhóm đều sử dụng kính viễn vọng vô tuyến khổng lồ để theo dõi các sao xung, những ngôi sao neutron dày đặc phát ra sóng vô tuyến từ các cực.

Khi sao xung quay quanh trục của nó, chùm tia vô tuyến rơi vào và ra khỏi tầm nhìn của các kính viễn vọng trên Trái Đất, tạo ra một xung đều đặn. Các sao xung quay nhanh nhất có các xung "ẩn hiện" lên tới vài trăm lần mỗi giây.

“Chúng ta có thể sử dụng những ngôi sao này như những chiếc đồng hồ. Thời gian của các xung thay đổi có nghĩa là không gian giữa ngôi sao và Trái Đất đã bị thay đổi bởi sóng hấp dẫn", Andrew Zic, nhà thiên văn vô tuyến tại Cơ sở kính thiên văn Úc và là thành viên nhóm Parkes Pulsar, giải thích.

Một sao xung đơn lẻ sẽ không đủ tin cậy để cho thấy sóng hấp dẫn. Vì vậy, mỗi nhóm nghiên cứu theo dõi hàng chục sao xung. Kết quả, họ đã tìm thấy các dấu hiệu trùng khớp với đường cong Hellings–Downs, lý thuyết dự đoán ảnh hưởng của sóng hấp dẫn từ mọi hướng đến các sao xung.

Einstein lần đầu tiên dự đoán sóng hấp dẫn vào năm 1916. Vào tháng 9/2015, 2 máy dò của Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế laser (LIGO) đã xác nhận dự đoán của ông khi phát hiện ra một đợt sóng bắt nguồn từ 2 lỗ đen hợp nhất. Kể từ đó, các nhà vật lý đã bắt được sóng hấp dẫn từ hàng chục sự kiện tương tự.