Vào tháng 2 năm 2016, các nhà khoa học làm việc tại Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế laser (LIGO) đã làm nên lịch sử khi họ công bố phát hiện sóng hấp dẫn đầu tiên. Kể từ đó, nghiên cứu về sóng hấp dẫn đã tiến bộ đáng kể và mở ra những khả năng mới trong nghiên cứu về Vũ trụ và các định luật chi phối nó.
Ví dụ, một nhóm từ Đại học Frankurt am Main gần đây đã chỉ ra cách thức sóng hấp dẫn có thể được sử dụng để xác định các sao neutron khổng lồ có thể có được như thế nào trước khi sụp đổ vào các lỗ đen. Điều này vẫn còn là một bí ẩn kể từ khi các ngôi sao neutron được phát hiện lần đầu tiên vào những năm 1960. Và với giới hạn khối lượng cao hơn hiện được thiết lập, các nhà khoa học sẽ có thể phát triển sự hiểu biết tốt hơn về cách vật chất hành xử trong điều kiện khắc nghiệt.
Nghiên cứu mô tả những phát hiện của họ gần đây đã xuất hiện trên tạp chí khoa học Tạp chí Vật lý thiên văn dưới tiêu đề sử dụng các quan sát sóng hấp dẫn và quan hệ phổ quát để hạn chế khối lượng tối đa của các sao neutron. Nghiên cứu được dẫn dắt bởi Luciano Rezzolla, Chủ tịch Vật lý thiên văn lý thuyết và Giám đốc Viện Vật lý lý thuyết tại Đại học Frankfurt, với sự hỗ trợ của các sinh viên của ông, Elias Most và Lukas Wei.
Vì lợi ích của nghiên cứu của họ, nhóm nghiên cứu đã xem xét các quan sát gần đây về sự kiện sóng hấp dẫn được gọi là GW170817. Sự kiện này, diễn ra vào ngày 17 tháng 8 năm 2017, là sóng hấp dẫn thứ sáu được phát hiện bởi Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế tia laser (LIGO) và Đài quan sát Virgo. Không giống như các sự kiện trước đó, sự kiện này là duy nhất ở chỗ nó dường như được gây ra bởi sự va chạm và vụ nổ của hai ngôi sao neutron.
Và trong khi các sự kiện khác xảy ra ở khoảng cách khoảng một tỷ năm ánh sáng, thì GW170817 chỉ diễn ra cách Trái đất 130 triệu năm ánh sáng, cho phép phát hiện và nghiên cứu nhanh chóng. Ngoài ra, dựa trên mô hình được tiến hành nhiều tháng sau sự kiện (và sử dụng dữ liệu thu được từ Đài quan sát tia X Chandra), vụ va chạm dường như đã để lại một lỗ đen như một tàn dư.
Nhóm nghiên cứu cũng đã áp dụng cách tiếp cận quan hệ phổ quát của người Viking cho nghiên cứu của họ, được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học Frankfurt vài năm trước. Cách tiếp cận này ngụ ý rằng tất cả các sao neutron có tính chất tương tự có thể được biểu thị dưới dạng đại lượng không thứ nguyên. Kết hợp với dữ liệu GW, họ kết luận rằng khối lượng tối đa của các sao neutron không quay không thể vượt quá 2,16 khối lượng mặt trời.
Như giáo sư Rezzolla đã giải thích trong thông cáo báo chí của Đại học Frankfurt:
Vẻ đẹp của nghiên cứu lý thuyết là nó có thể đưa ra dự đoán. Lý thuyết, tuy nhiên, rất cần các thí nghiệm để thu hẹp một số bất trắc của nó. Do đó, rất đáng chú ý rằng việc quan sát một vụ sáp nhập sao neutron nhị phân duy nhất xảy ra cách xa hàng triệu năm ánh sáng kết hợp với các mối quan hệ phổ quát được phát hiện qua công việc lý thuyết của chúng tôi đã cho phép chúng tôi giải quyết một câu đố đã thấy rất nhiều suy đoán trong quá khứ.
Nghiên cứu này là một ví dụ tốt về cách nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm có thể trùng khớp để tạo ra các dự đoán quảng cáo mô hình tốt hơn. Vài ngày sau khi công bố nghiên cứu của họ, các nhóm nghiên cứu từ Hoa Kỳ và Nhật Bản đã độc lập xác nhận những phát hiện này. Cũng đáng kể, các nhóm nghiên cứu đã xác nhận các kết quả nghiên cứu bằng cách sử dụng các phương pháp và kỹ thuật khác nhau.
Trong tương lai, thiên văn học sóng hấp dẫn dự kiến sẽ quan sát nhiều sự kiện nữa. Và với các phương pháp cải tiến và các mô hình chính xác hơn theo ý của họ, các nhà thiên văn học có khả năng tìm hiểu nhiều hơn về các lực lượng bí ẩn và mạnh nhất đang hoạt động trong Vũ trụ của chúng ta.
