Vào ngày 11 tháng 2 năm 2016, các nhà khoa học tại Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế laser (LIGO) đã công bố phát hiện đầu tiên về sóng hấp dẫn. Sự phát triển này, đã xác nhận một dự đoán được đưa ra bởi Thuyết Einstein Thuyết tương đối rộng một thế kỷ trước, đã mở ra con đường nghiên cứu mới cho các nhà vũ trụ học và nhà vật lý thiên văn. Kể từ thời điểm đó, nhiều phát hiện đã được thực hiện, tất cả đều được cho là kết quả của việc hợp nhất các lỗ đen.
Phát hiện mới nhất diễn ra vào ngày 14 tháng 8 năm 2017, khi ba đài quan sát - máy dò LIGO nâng cao và Virgo tiên tiến - đồng thời phát hiện ra sóng hấp dẫn được tạo ra bằng cách hợp nhất các lỗ đen. Đây là lần đầu tiên sóng hấp dẫn được phát hiện bởi ba cơ sở khác nhau từ khắp nơi trên thế giới, do đó mở ra một kỷ nguyên mới của nghiên cứu kết nối toàn cầu về hiện tượng vũ trụ này.
Nghiên cứu mô tả chi tiết những quan sát này đã được công bố trực tuyến gần đây bởi Cộng tác khoa học LIGO và Cộng tác Virgo. Có tiêu đề là GW170814: Một quan sát ba máy dò sóng hấp dẫn từ lỗ đen nhị phân nhị phân, nghiên cứu này cũng đã được chấp nhận để công bố trên tạp chí khoa học Thư đánh giá vật lý.
Sự kiện này, được chỉ định là GW170814, được quan sát vào lúc 10:30:43 UTC (06:30:43 EDT; 03:30:43 PDT) vào ngày 14 tháng 8 năm 2017. Sự kiện được phát hiện bởi hai LIGO của Quỹ Khoa học Quốc gia máy dò (đặt tại Livingston, Louisiana và Hanford, Washington) và máy dò Virgo nằm gần Pisa, Ý - được duy trì bởi Trung tâm nghiên cứu khoa học quốc gia (CNRS) và Viện vật lý hạt nhân quốc gia (INFN).
Mặc dù không phải là trường hợp đầu tiên của sóng hấp dẫn được phát hiện, nhưng đây là lần đầu tiên một sự kiện được phát hiện bởi ba đài quan sát cùng một lúc. Như France Córdova, giám đốc của NSF, cho biết trong một thông cáo báo chí gần đây của LIGO:
Cách đây chưa đầy một năm rưỡi, NSF tuyên bố rằng Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế laser đã thực hiện lần đầu tiên phát hiện ra sóng hấp dẫn, dẫn đến sự va chạm của hai lỗ đen trong thiên hà cách xa một tỷ năm ánh sáng. Hôm nay, chúng tôi rất vui mừng thông báo sự khám phá đầu tiên thực hiện trong sự hợp tác giữa Virgo hấp dẫn sóng đài quan sát và hợp tác khoa học LIGO, lần đầu tiên một phát hiện sóng hấp dẫn đã được quan sát bởi những đài quan sát, đặt hàng ngàn dặm. Đây là một cột mốc thú vị trong nỗ lực khoa học quốc tế đang phát triển để giải phóng những bí ẩn phi thường trong vũ trụ của chúng ta.
Dựa trên các sóng được phát hiện, sự hợp tác khoa học LIGO (LSC) và sự hợp tác của Xử Nữ có thể xác định loại sự kiện, cũng như khối lượng của các đối tượng liên quan. Theo nghiên cứu của họ, sự kiện này được kích hoạt bởi sự hợp nhất của hai lỗ đen - lần lượt là 31 và 25 Khối lượng Mặt trời. Sự kiện diễn ra cách Trái đất khoảng 1,8 tỷ năm ánh sáng và dẫn đến sự hình thành một lỗ đen quay tròn với khoảng 53 Khối lượng Mặt trời.
Điều này có nghĩa là khoảng ba Khối lượng Mặt trời đã được chuyển đổi thành năng lượng sóng hấp dẫn trong quá trình sáp nhập, sau đó được phát hiện bởi LIGO và Virgo. Mặc dù ấn tượng về bản thân, phát hiện mới nhất này chỉ đơn thuần là một hương vị của những máy dò sóng hấp dẫn như sự hợp tác của LIGO và Virgo có thể làm bây giờ khi chúng bước vào giai đoạn nâng cao và hợp tác với nhau.
Cả Advanced LIGO và Advanced Virgo đều là các máy dò sóng hấp dẫn thế hệ thứ hai đã tiếp quản từ những cái trước đó. Các cơ sở LIGO, được hình thành, xây dựng và được vận hành bởi Caltech và MIT, đã thu thập dữ liệu không thành công từ năm 2002 đến năm 2010. Tuy nhiên, kể từ tháng 9 năm 2015, Advanced LIGO đã lên mạng và bắt đầu thực hiện hai lần quan sát - O1 và O2.
Trong khi đó, máy dò Virgo ban đầu đã tiến hành quan sát từ năm 2003 đến tháng 10 năm 2011, một lần nữa không thành công. Đến tháng 2 năm 2017, việc tích hợp máy dò Virgo nâng cao đã bắt đầu và các công cụ này đã trực tuyến vào tháng 4 năm sau. Năm 2007, Virgo và LIGO cũng hợp tác để chia sẻ và cùng phân tích dữ liệu được ghi lại bởi các máy dò tương ứng của họ.
Vào tháng 8 năm 2017, máy dò Virgo đã tham gia vào hoạt động của O2 và lần phát hiện đồng thời đầu tiên diễn ra vào ngày 14 tháng 8, với dữ liệu được thu thập bởi cả ba công cụ LIGO và Virgo. Như phát ngôn viên của LSC David Shoemaker - một nhà nghiên cứu của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) - chỉ ra, phát hiện này chỉ là phát hiện đầu tiên trong nhiều sự kiện được dự đoán trước.
Đây chỉ là khởi đầu của những quan sát với mạng được kích hoạt bởi Virgo và LIGO làm việc cùng nhau, anh nói. Nghiêng Với lần chạy quan sát tiếp theo được lên kế hoạch cho mùa thu 2018, chúng ta có thể mong đợi những phát hiện như vậy hàng tuần hoặc thậm chí thường xuyên hơn.
Điều này không chỉ có nghĩa là các nhà khoa học có khả năng phát hiện các sự kiện trong tương lai tốt hơn mà còn có thể xác định chính xác chúng với độ chính xác cao hơn nhiều. Trên thực tế, việc chuyển đổi từ mạng hai sang ba máy dò được dự kiến sẽ làm tăng khả năng xác định chính xác nguồn của GW170814 bởi một nhà máy 20. Vùng trời cho GW170814 chỉ là 60 độ vuông - nhỏ hơn 10 lần so với với dữ liệu từ giao thoa kế của LIGO.
Ngoài ra, độ chính xác mà khoảng cách đến nguồn được đo cũng được hưởng lợi từ sự hợp tác này. Như Laura Cadonati, giáo sư Georgia Tech và phó phát ngôn viên của LSC, đã giải thích:
Sự chính xác tăng lên này sẽ cho phép toàn bộ cộng đồng vật lý thiên văn cuối cùng thực hiện những khám phá thú vị hơn nữa, bao gồm cả các quan sát đa sứ giả. Một khu vực tìm kiếm nhỏ hơn cho phép quan sát tiếp theo với kính viễn vọng và vệ tinh cho các sự kiện vũ trụ tạo ra sóng hấp dẫn và phát xạ ánh sáng, chẳng hạn như sự va chạm của các sao neutron.
Cuối cùng, việc đưa thêm máy dò vào mạng sóng hấp dẫn cũng sẽ cho phép thử nghiệm chi tiết hơn về lý thuyết Thuyết tương đối rộng của Einstein. CalTech từ David H. Reitze, giám đốc điều hành của Phòng thí nghiệm LIGO, cũng ca ngợi mối quan hệ đối tác mới và những gì nó sẽ cho phép.
Với sự phát hiện chung đầu tiên của các máy dò LIGO và Virgo tiên tiến, chúng tôi đã tiến thêm một bước vào vũ trụ sóng hấp dẫn, ông nói. Vir Virgo mang đến một khả năng mới mạnh mẽ để phát hiện và định vị tốt hơn các nguồn sóng hấp dẫn, một trong những điều chắc chắn sẽ dẫn đến kết quả thú vị và không lường trước được trong tương lai.
Nghiên cứu về sóng hấp dẫn là một minh chứng cho khả năng ngày càng tăng của các nhóm khoa học thế giới và khoa học về giao thoa kế. Trong nhiều thập kỷ, sự tồn tại của sóng hấp dẫn chỉ là một lý thuyết; và đến đầu thế kỷ, mọi nỗ lực phát hiện ra chúng đều không mang lại kết quả gì. Nhưng chỉ trong mười tám tháng qua, nhiều lần phát hiện đã được thực hiện, và hàng chục dự kiến nữa trong những năm tới.
Hơn thế nữa, nhờ mạng lưới toàn cầu mới và các công cụ và phương pháp cải tiến, những sự kiện này chắc chắn sẽ cho chúng ta biết khối lượng về Vũ trụ của chúng ta và vật lý chi phối nó.
