Vào ngày 11 tháng 2 năm 2016, các nhà khoa học tại Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế laser (LIGO) đã làm nên lịch sử khi họ công bố phát hiện đầu tiên về sóng hấp dẫn (GW). Kể từ thời điểm đó, nhiều phát hiện đã diễn ra và sự hợp tác khoa học giữa các đài quan sát - như Advanced LIGO và Advanced Virgo - đang cho phép mức độ nhạy cảm và chia sẻ dữ liệu chưa từng có.
Trước đây, bảy sự kiện như vậy đã được xác nhận, sáu trong số đó là do sự hợp nhất của các lỗ đen nhị phân (BBH) và một do sự hợp nhất của một ngôi sao neutron nhị phân. Nhưng vào thứ Bảy, ngày 1 tháng 12, một nhóm các nhà khoa học Hợp tác khoa học LIGO (LSC) và Hợp tác Virgo đã đưa ra kết quả mới cho thấy việc phát hiện thêm bốn sự kiện sóng hấp dẫn. Điều này đưa tổng số sự kiện GW được phát hiện trong ba năm qua lên mười một.
Bài thuyết trình có tiêu đề Dân số Lỗ nhị phân nhị phân được suy ra từ các lần chạy quan sát thứ nhất và thứ hai của LIGO nâng cao và Virgo tiên tiến, đã được thực hiện trong Hội thảo Vật lý và Thiên văn học sóng hấp dẫn 2018 (GWPAW) - diễn ra từ ngày 1 tháng 12 đến tháng 12 Thứ 4 tại Đại học Maryland.
Được tổ chức bởi Viện Khoa học Vũ trụ Chung (JSI), một sự hợp tác giữa Đại học Maryland và Trung tâm Bay không gian Goddard của NASA, sự kiện thường niên này đưa các nhà khoa học và nhà nghiên cứu từ khắp nơi trên thế giới cùng nhau thảo luận về các vấn đề hiện tại và tương lai liên quan đến phát hiện và nghiên cứu về sóng hấp dẫn.
Trong quá trình thuyết trình, Michael Pürrer - một nhà khoa học cao cấp thuộc bộ phận Thuyết tương đối vật lý và vũ trụ học tại AEI Potsdam - đã trình bày kết quả của danh mục đầu tiên tại GWPAW vào thứ bảy thay mặt cho Cộng tác khoa học LIGO và Hợp tác Virgo. Chúng bao gồm bảy sự kiện được phát hiện trước đó và bốn sự phát hiện gần đây. Như ông đã nêu trong bài trình bày:
Trong danh mục này, chúng tôi trình bày một phân tích kỹ lưỡng về tất cả 11 phát hiện sóng hấp dẫn được tìm thấy trong O1 và O2. Chúng tôi dựa vào các mô hình hiện đại của dạng sóng hấp dẫn phát ra từ các sự kiện thảm khốc này để suy ra các khối nhị phân, khối lượng và biến dạng thủy triều. Tôi rất tự hào là một phần trong nỗ lực xuất sắc này của Cộng tác khoa học LIGO và Hợp tác Virgo.
Các sự kiện mới, là tất cả kết quả của việc sáp nhập BBH, được chỉ định là GW170729, GW170809, GW170818 và GW170823 dựa trên ngày mà chúng được phát hiện. Tất cả bốn đã được phát hiện trong lần chạy quan sát thứ hai (O2) của LIGO và VIRGO, kéo dài từ ngày 30 tháng 11 năm 2016 đến ngày 25 tháng 8 năm 2017.
Alessandra Buônanno, giám đốc bộ phận Thuyết tương đối vật lý và vũ trụ tại AEI-Potsdam và giáo sư College Park tại Đại học Maryland, là người đóng góp chính cho những phát hiện gần đây. Như cô đã chỉ ra trong một thông cáo báo chí AEI gần đây:
Các mô hình dạng sóng tiên tiến của hoàng gia, xử lý dữ liệu tiên tiến và hiệu chuẩn tốt hơn các thiết bị, đã cho phép chúng tôi suy ra các thông số vật lý thiên văn của các sự kiện được công bố trước đó chính xác hơn. Tôi mong đợi lần chạy quan sát tiếp theo vào Mùa xuân 2019, nơi chúng tôi hy vọng sẽ phát hiện hơn hai vụ sáp nhập lỗ đen mỗi tháng thu thập dữ liệu!
Theo kết quả của nhóm, các BBH được quan sát trải rộng trên một loạt các thành phần, từ khối lượng mặt trời từ 7.6 đến 50.6. Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng trong hai trong số BBH (GW151226 và GW170729), rất có khả năng ít nhất một trong số các lỗ đen đang quay. Nhưng quan trọng nhất trong tất cả, các phát hiện mới đã thiết lập hai kỷ lục mới trong nghiên cứu về các GW.
Chẳng hạn, sự kiện được gọi là GW170818 được đặt trên bầu trời với độ chính xác chính xác ở bán cầu thiên thể phía bắc bởi các đài quan sát LIGO và Virgo. Trên thực tế, nó được xác định với độ chính xác 39 độ vuông (gấp 195 lần kích thước rõ ràng của trăng tròn), khiến nó trở thành BBH được bản địa hóa tốt nhất cho đến nay.
Ngoài ra, sự kiện được gọi là GW170729 là nguồn sóng hấp dẫn lớn nhất và xa nhất được quan sát cho đến nay. Ngoài việc liên quan đến một cặp lỗ đen có khối lượng kết hợp lớn hơn 50 lần so với Mặt trời, vụ sáp nhập đã diễn ra cách đây 5 tỷ năm và giải phóng tương đương với gần năm khối lượng mặt trời dưới dạng bức xạ hấp dẫn.
Nhìn về phía trước, nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ có nhiều khám phá hơn trong lần quan sát thứ ba (O3) của Advanced LIGO và Virgo, dự kiến bắt đầu vào đầu năm 2019. Cuộc chạy này sẽ được hưởng lợi từ việc nâng cấp độ nhạy cảm hơn nữa cho LIGO và Virgo, cũng như bao gồm đài quan sát sóng hấp dẫn Kamioka (KAGRA) tại Nhật Bản (có thể vào cuối O3).
Như Karsten Danzmann, giám đốc bộ phận Thiên văn học Giao thoa kế và Sóng hấp dẫn Laser tại AEI-Hannover, bày tỏ:
Tôi rất vui vì nhiều công nghệ máy dò tiên tiến được phát triển tại máy dò GEO600 của chúng tôi đã giúp cho O2 hoạt động rất nhạy cảm và trong O3, một công nghệ khác đã đi tiên phong tại GEO600, được nén ánh sáng, sẽ được sử dụng trong LIGO và Virgo.
Với những nâng cấp này và bổ sung KAGRA, nhiều hàng chục sự kiện GW phát sinh từ việc sáp nhập các hệ thống nhị phân được dự đoán trong những năm tới. Những kết quả mới nhất này cũng cung cấp xác nhận thêm cho các công cụ quan sát LIGO và Virgo, cũng như hiệu quả của sự hợp tác quốc tế đằng sau chúng.
Và với việc phát hiện thêm bốn sự kiện GW, số lượng các nhà nghiên cứu trường hợp có thể rút ra những hiểu biết sâu sắc đã tăng gần 50%. Khi làm như vậy, họ sẽ có thể tìm hiểu thêm về dân số của các hệ thống nhị phân gây ra các sự kiện GW, chưa kể đến tốc độ diễn ra các loại sáp nhập này.
Kết quả của các tìm kiếm nhóm Team cũng được trình bày trong hai bài báo gần đây xuất hiện trực tuyến. Bài báo đầu tiên, Nhật ký GWTC-1: Một danh mục thoáng qua sóng hấp dẫn của các hợp nhất nhị phân nhỏ gọn được quan sát bởi LIGO và Virgo trong các lần chạy quan sát thứ nhất và thứ hai, trình bày một danh mục chi tiết về tất cả các phát hiện sóng hấp dẫn.
Bài viết thứ hai, Thuộc tính quần thể hố đen nhị phân của Hồi được suy ra từ các lần chạy quan sát thứ nhất và thứ hai của LIGO nâng cao và Virgo tiên tiến, mô tả các đặc điểm của quần thể lỗ đen hợp nhất. LIGO được tài trợ bởi Quỹ khoa học quốc gia (NSF) và được vận hành bởi Caltech và Viện công nghệ Massachusetts (MIT).
