Vào tháng 2 năm 2016, các nhà khoa học tại Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế laser (LIGO) đã tạo nên lịch sử bằng cách công bố phát hiện đầu tiên về sóng hấp dẫn (GW). Những gợn sóng trong cấu trúc của Vũ trụ, nguyên nhân là do sự hợp nhất của lỗ đen hoặc sao lùn trắng va chạm, đã được tiên đoán bởi Thuyết Einstein Thuyết tương đối rộng khoảng một thế kỷ trước.
Khoảng một năm trước, hai cơ sở của LIGO đã được đưa ra ngoại tuyến để các máy dò của nó có thể trải qua một loạt các nâng cấp phần cứng. Với những nâng cấp này đã hoàn tất, LIGO gần đây đã thông báo rằng đài quan sát sẽ trở lại trực tuyến vào ngày 1 tháng Tư. Vào thời điểm đó, các nhà khoa học của nó đang hy vọng rằng độ nhạy tăng lên của nó sẽ cho phép các cuộc phát hiện gần như hàng ngày của mình diễn ra.
Cho đến nay, tổng cộng 11 sự kiện sóng hấp dẫn đã được phát hiện trong khoảng ba năm rưỡi. Mười trong số này là kết quả của sự hợp nhất lỗ đen trong khi tín hiệu còn lại là do một cặp sao neutron va chạm (một sự kiện kilonova). Bằng cách nghiên cứu những sự kiện này và những sự kiện khác giống như chúng, các nhà khoa học đã bắt đầu một cách hiệu quả trong một kỷ nguyên mới của thiên văn học.
Và với việc nâng cấp LIGO hiện đã hoàn tất, các nhà khoa học hy vọng sẽ tăng gấp đôi số lượng sự kiện đã được phát hiện trong năm tới. Gabriela González, giáo sư vật lý và thiên văn học tại Đại học bang Louisiana, người đã dành nhiều năm săn lùng các GW:
Cúp Galileo đã phát minh ra kính viễn vọng hoặc lần đầu tiên sử dụng kính viễn vọng để thực hiện thiên văn học 400 năm trước. Và ngày nay, chúng tôi vẫn đang chế tạo kính thiên văn tốt hơn. Tôi nghĩ rằng thập kỷ này đã là khởi đầu của thiên văn học sóng hấp dẫn. Vì vậy, điều này sẽ tiếp tục tiến bộ, với các máy dò tốt hơn, với các máy dò khác nhau, với nhiều máy dò hơn.
Nằm ở Hanfrod, Washington và Livingston, Louisiana, hai máy dò LIGO bao gồm hai ống bê tông được nối ở chân đế (tạo thành hình chữ L khổng lồ) và kéo dài vuông góc với nhau trong khoảng 3,2 km (2 mi). Bên trong các đường ống, hai chùm tia laser mạnh mẽ bị bật ra khỏi một loạt gương được sử dụng để đo chiều dài của mỗi cánh tay với độ chính xác cực cao.
Khi sóng hấp dẫn đi qua các máy dò, chúng làm biến dạng không gian và khiến chiều dài thay đổi theo khoảng cách nhỏ nhất (nghĩa là ở cấp độ hạ nguyên tử). Theo Joseph Giaime, người đứng đầu Đài thiên văn LIGO ở Livingston, Louisiana, các bản nâng cấp gần đây bao gồm quang học sẽ tăng cường năng lượng laser và giảm nhiễu Tiếng ồn trong các phép đo của họ.
Trong phần còn lại của năm, nghiên cứu về sóng hấp dẫn cũng sẽ được củng cố bởi thực tế là máy dò thứ ba (Giao thoa kế Virgo ở Ý) cũng sẽ được tiến hành quan sát. Trong lần chạy quan sát cuối cùng của LIGO, kéo dài từ tháng 11 năm 2016 đến tháng 8 năm 2017, Xử Nữ chỉ hoạt động và có thể cung cấp hỗ trợ cho phần cuối của nó.
Ngoài ra, đài quan sát Nhật Bản KAGRA dự kiến sẽ lên mạng trong tương lai gần, cho phép một mạng lưới phát hiện mạnh mẽ hơn nữa. Cuối cùng, việc có nhiều đài quan sát cách nhau bởi khoảng cách rộng lớn trên khắp thế giới không chỉ cho phép mức độ xác nhận cao hơn mà còn giúp thu hẹp các vị trí có thể có của các nguồn GW.
Đối với lần quan sát tiếp theo, các nhà thiên văn học GW cũng sẽ có lợi ích của một hệ thống cảnh báo công cộng - đã trở thành một tính năng thường xuyên của thiên văn học hiện đại. Về cơ bản, khi LIGO phát hiện sự kiện GW, nhóm sẽ gửi cảnh báo để các đài quan sát trên khắp thế giới có thể hướng kính viễn vọng của họ tới nguồn - trong trường hợp sự kiện tạo ra hiện tượng quan sát được.
Đây chắc chắn là trường hợp với sự kiện kilnova diễn ra vào năm 2017 (còn được gọi là GW170817). Sau khi hai ngôi sao neutron tạo ra các GW va chạm, một kết quả sáng chói đã thực sự phát triển rực rỡ hơn theo thời gian. Vụ va chạm cũng dẫn đến việc phát hành các máy bay phản lực siêu tốc của vật liệu và hình thành một lỗ đen.
Theo Nergis Mavalvala, một nhà nghiên cứu sóng hấp dẫn tại MIT, các hiện tượng quan sát được liên quan đến các sự kiện GW là một điều trị hiếm gặp cho đến nay. Ngoài ra, ở đó, luôn có cơ hội rằng một điều gì đó hoàn toàn bất ngờ sẽ được phát hiện sẽ khiến các nhà khoa học bối rối và kinh ngạc:
Chúng tôi chỉ thấy một số lỗ đen trong số tất cả những cái có thể tồn tại ngoài kia. Có rất nhiều, rất nhiều câu hỏi mà chúng tôi vẫn không biết cách trả lời, đó là cách mà khám phá xảy ra. Bạn bật một nhạc cụ mới, bạn chỉ nó trên bầu trời và bạn thấy một thứ gì đó mà bạn không có ý tưởng nào tồn tại.
Nghiên cứu sóng hấp dẫn chỉ là một trong một số cuộc cách mạng diễn ra trong thiên văn học ngày nay. Và cũng giống như các lĩnh vực nghiên cứu khác (như nghiên cứu và quan sát ngoại hành tinh của Vũ trụ sơ khai), nó được hưởng lợi từ việc giới thiệu cả hai công cụ và phương pháp cải tiến trong những năm tới.
