Mô tả của một nghệ sĩ về hai ngôi sao neutron hợp nhất và giải phóng sóng hấp dẫn.
(Ảnh: © R. Hurt / Caltech-JPL)
Phân tích gợn sóng trong kết cấu của không gian và thời gian được tạo ra bởi các cặp sao chết có thể sớm giải quyết một bí ẩn vũ trụ xung quanh việc vũ trụ giãn nở nhanh như thế nào - nếu các nhà khoa học may mắn.
Đó là phán quyết của một nghiên cứu mới, cũng có thể làm sáng tỏ số phận cuối cùng của vũ trụ, các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu về nó cho biết.
Vũ trụ đã tiếp tục mở rộng kể từ khi ra đời khoảng 13,8 tỷ năm trước. Bằng cách đo tốc độ hiện tại của sự giãn nở của vũ trụ, được gọi là Hằng số Hubble, các nhà khoa học có thể suy ra tuổi của vũ trụ và chi tiết về tình trạng hiện tại của nó. Họ thậm chí có thể sử dụng số để cố gắng học số phận của vũ trụ, chẳng hạn như liệu nó sẽ mở rộng mãi mãi, tự sụp đổ hay xé toạc hoàn toàn.
Các nhà khoa học sử dụng hai phương pháp chính để đo hằng số Hubble. Người ta liên quan đến việc giám sát các vật thể gần đó có tài sản mà các nhà khoa học hiểu rõ, chẳng hạn như vụ nổ sao được gọi là siêu tân tinh và các ngôi sao xung được gọi là Biến cepheid, để ước tính khoảng cách của chúng và sau đó suy ra tốc độ mở rộng của vũ trụ. Cái còn lại tập trung vào nền vi sóng vũ trụ, bức xạ còn sót lại từ Vụ nổ lớn và xem xét nó đã thay đổi theo thời gian như thế nào để tính toán vũ trụ đã mở rộng nhanh như thế nào.
Tuy nhiên, cặp kỹ thuật này đã mang lại hai kết quả khác nhau cho giá trị của hằng số Hubble. Dữ liệu từ các bức xạ phông vi sóng vũ trụ cho thấy vũ trụ đang mở rộng với tốc độ khoảng 41,6 dặm (67 km) mỗi giây mỗi 3.260.000 năm ánh sáng, trong khi dữ liệu từ vụ nổ supernova và Cepheids trong vũ trụ lân cận cho thấy một tỷ lệ khoảng 45,3 dặm ( 73 km) mỗi giây trên 3,26 triệu năm ánh sáng.
Sự khác biệt này cho thấy mô hình vũ trụ tiêu chuẩn - sự hiểu biết của các nhà khoa học về cấu trúc và lịch sử của vũ trụ có thể sai. Giải quyết cuộc tranh luận này, được gọi là Xung đột liên tục, có thể làm sáng tỏ sự tiến hóa và số phận cuối cùng của vũ trụ.
Trong nghiên cứu mới, các nhà vật lý cho rằng dữ liệu trong tương lai từ những gợn sóng trong kết cấu của không gian và thời gian được gọi là sóng hấp dẫn có thể giúp phá vỡ bế tắc này. "Cuộc xung đột liên tục của Hubble - gợi ý lớn nhất mà chúng ta có về mô hình vũ trụ của chúng ta chưa hoàn chỉnh - có thể giải quyết trong vòng 5 đến 10 năm", tác giả nghiên cứu chính của Viện nghiên cứu vật lý thiên văn tại Viện Flatiron ở New York, nói với Space.com.
Theo Einstein thuyết tương đối rộng, trọng lực là kết quả của việc khối lượng làm biến dạng không-thời gian. Khi bất kỳ vật thể nào có khối lượng di chuyển, nó sẽ tạo ra các sóng hấp dẫn kéo theo tốc độ ánh sáng, kéo dài và nén không gian theo thời gian trên đường đi.
Sóng hấp dẫn cực kỳ yếu và chỉ đến năm 2016, các nhà khoa học mới phát hiện ra bằng chứng trực tiếp đầu tiên về chúng. Năm 2017, các nhà khoa học cũng đã phát hiện ra sóng hấp dẫn từ các ngôi sao neutron va chạm, tàn dư của những ngôi sao đã chết trong vụ nổ thảm khốc được gọi là siêu tân tinh. Nếu phần còn lại của một ngôi sao không đủ lớn để sụp đổ để trở thành một lỗ đen, thay vào đó chúng sẽ trở thành một ngôi sao neutron, được đặt tên như vậy vì lực hấp dẫn của nó đủ mạnh để nghiền nát các proton cùng với các electron để tạo thành neutron.
Không giống như các lỗ đen, các sao neutron phát ra ánh sáng khả kiến và các va chạm của chúng cũng vậy. Sóng hấp dẫn từ các vụ sáp nhập này, được gọi là "còi báo động tiêu chuẩn" sẽ giúp các nhà khoa học xác định khoảng cách với Trái đất, trong khi ánh sáng từ những va chạm này sẽ giúp xác định tốc độ chúng di chuyển so với Trái đất. Sau đó, các nhà nghiên cứu có thể sử dụng cả hai bộ dữ liệu này để tính hằng số Hubble. Theo Feeney và các đồng nghiệp của ông, phân tích sự cố giữa khoảng 50 cặp sao neutron trong vòng 5 đến 10 năm tới có thể mang lại đủ dữ liệu để xác định phép đo tốt nhất của hằng số Hubble.
Tuy nhiên, ước tính đó phụ thuộc vào tần suất xảy ra va chạm sao neutron. "Có sự không chắc chắn đáng kể trong tỷ lệ sáp nhập sao neutron - Rốt cuộc, chúng ta chỉ thấy một người cho đến nay, "Feeney nói." Nếu chúng ta rất may mắn khi thấy điều đó, và việc sáp nhập thực sự hiếm hơn chúng ta nghĩ, sau đó quan sát số lượng sáp nhập cần thiết để giải thích hằng số Hubble xung đột có thể mất nhiều thời gian hơn chúng tôi đã nêu trong công việc của mình. "
Sóng hấp dẫn cuối cùng có thể hỗ trợ một giá trị cho hằng số Hubble so với hằng số khác, nhưng chúng cũng có thể xác định giá trị thứ ba mới cho hằng số Hubble, Feeney nói. Nếu điều này xảy ra, nó có thể dẫn đến những hiểu biết mới về hành vi của các siêu tân tinh, Cepheids hoặc sao neutron, ông nói thêm.
Các nhà khoa học chi tiết phát hiện của họ trực tuyến ngày 14 tháng 2 trên tạp chí Vật lý Đánh giá.
