Trong gần 100 năm, các nhà khoa học đã tìm kiếm bằng chứng trực tiếp về sự tồn tại của sóng trọng lực gợn sóng gợn sóng trong kết cấu không thời gian dự đoán trong thuyết tương đối rộng của Albert Einsteins. Ngày nay, việc săn lùng sóng trọng lực đã trở thành một nỗ lực trên toàn thế giới với hàng trăm nhà khoa học. Một số cơ sở lớn, trên mặt đất đã được phát triển ở châu Âu, Hoa Kỳ và Nhật Bản, nhưng cuộc tìm kiếm tinh vi nhất sẽ sớm diễn ra trong không gian.
Phát biểu vào thứ ba ngày 5 tháng 4 tại Hội nghị Thiên văn học Quốc gia RAS ở Birmingham, Giáo sư Mike Cruise sẽ mô tả một dự án ESA-NASA chung có tên LISA (Anten không gian giao thoa kế laser). Theo lịch trình ra mắt vào năm 2012, LISA sẽ bao gồm ba tàu vũ trụ bay theo đội hình xung quanh Mặt trời, khiến nó trở thành công cụ khoa học lớn nhất từng được đưa vào quỹ đạo.
LISA dự kiến sẽ cung cấp cơ hội thành công cao nhất trong việc tìm kiếm sóng hấp dẫn tần số thấp, thú vị, giáo sư Cruise nói. Tuy nhiên, nhiệm vụ là một trong những thách thức công nghệ phức tạp nhất từng được thực hiện. Theo lý thuyết Einsteins, sóng trọng lực được gây ra bởi sự chuyển động của các khối lượng lớn (ví dụ: sao neutron hoặc lỗ đen) trong Vũ trụ. Ảnh hưởng của lực hấp dẫn giữa các vật thể ở xa thay đổi khi khối lượng chuyển động, giống như cách các điện tích chuyển động tạo ra sóng điện từ mà các đài phát thanh và TV có thể phát hiện.
Trong trường hợp hạt nguyên tử rất nhẹ như electron, chuyển động có thể rất nhanh, do đó tạo ra sóng ở dải tần số rộng, bao gồm cả các hiệu ứng mà chúng ta gọi là ánh sáng và tia X. Do các vật thể tạo ra sóng trọng lực lớn hơn và lớn hơn nhiều so với các điện tử, các nhà khoa học hy vọng sẽ phát hiện ra các sóng tần số thấp hơn nhiều với các khoảng thời gian từ phân số của giây đến vài giờ.
Sóng thực sự rất yếu. Họ tiết lộ bản thân như một sự kéo dài xen kẽ và co lại khoảng cách giữa các khối thử nghiệm được treo theo cách cho phép họ di chuyển. Nếu hai khối lượng thử nghiệm như vậy cách nhau một mét, thì sóng trọng lực của sức mạnh hiện đang được tìm kiếm sẽ thay đổi sự phân tách của chúng chỉ bằng 10e-22 mét, hoặc một phần mười triệu của một phần triệu của một phần triệu của một phần triệu mét.
Sự thay đổi trong sự phân tách này quá nhỏ đến mức ngăn chặn các khối thử nghiệm bị xáo trộn bởi hiệu ứng hấp dẫn của các vật thể cục bộ và tiếng ồn địa chấn hoặc rung lắc của Trái đất, là một vấn đề thực sự làm hạn chế độ nhạy của máy dò. Vì mỗi chiều dài trong khoảng cách giữa các khối lượng thử nghiệm tăng riêng biệt với những thay đổi nhỏ đang được tìm kiếm, làm tăng chiều dài của khoảng cách giữa các khối lượng dẫn đến thay đổi tổng thể lớn hơn có thể được phát hiện. Do đó, các máy dò sóng trọng lực được chế tạo càng lớn càng tốt.
Các máy dò mặt đất hiện tại bao phủ khoảng cách vài km và có thể đo được thời gian một phần nghìn giây của các vật thể quay nhanh như sao neutron còn sót lại từ vụ nổ sao hoặc va chạm giữa các vật thể trong vùng lân cận thiên hà địa phương của chúng ta. Tuy nhiên, có một mối quan tâm mạnh mẽ trong việc phát hiện các máy dò tìm kiếm sự va chạm giữa các lỗ đen khổng lồ diễn ra trong quá trình sáp nhập các thiên hà hoàn chỉnh. Những sự kiện bạo lực này sẽ tạo ra các tín hiệu có tần số rất thấp - quá thấp để có thể quan sát được trên tiếng ồn địa chấn ngẫu nhiên của Trái đất.
Câu trả lời là đi vào không gian, tránh xa những xáo trộn như vậy. Trong trường hợp của LISA, ba tàu vũ trụ sẽ bay theo đội hình, cách nhau 5 triệu km. Các chùm tia laser di chuyển giữa chúng sẽ đo lường sự thay đổi trong sự phân tách do sóng trọng lực gây ra với độ chính xác khoảng 10 picomet (một trăm phần nghìn của một phần triệu mét). Vì khối lượng thử nghiệm trên mỗi tàu vũ trụ sẽ phải được bảo vệ khỏi các nhiễu loạn khác nhau gây ra bởi các hạt tích điện trong không gian, chúng phải được đặt trong buồng chân không trong tàu vũ trụ. Độ chính xác cần thiết gấp 1.000 lần so với trước đây từng đạt được trong không gian và vì vậy ESA đang chuẩn bị một chuyến bay thử nghiệm của hệ thống đo laser trong một nhiệm vụ có tên LISA Pathfinder, dự kiến ra mắt vào năm 2008.
Các nhà khoa học từ Đại học Birmingham, Đại học Glasgow và Đại học Hoàng gia Luân Đôn hiện đang chuẩn bị thiết bị cho LISA Pathfinder phối hợp với ESA và các đồng nghiệp ở Đức, Ý, Hà Lan, Pháp, Tây Ban Nha và Thụy Sĩ. Khi LISA hoạt động trên quỹ đạo, chúng tôi hy vọng sẽ quan sát Vũ trụ thông qua cửa sổ mới được cung cấp bởi sóng trọng lực, Cruise nói. Ngoài các sao neutron và các lỗ đen khổng lồ, chúng ta có thể phát hiện tiếng vang của Vụ nổ lớn từ sóng trọng lực phát ra các phân số nhỏ của giây sau khi sự kiện bắt đầu Vũ trụ của chúng ta trong quá trình tiến hóa hiện tại.
Nguồn gốc: RAS News phát hành
