Hình ảnh mô phỏng hai sao neutron vừa được khám phá bằng cách sử dụng thuyết tương đối. Ảnh dưới mô phỏng tỉ trọng của vật chất trong khu vực xung quanh hai sao neutron khi chúng đang trong quá trình tiến gần và đâm vào nhau. Ảnh trên mô phỏng sóng hấp dẫn phát ra trong khi hai ngôi sao neutron này đang quay cuộn chuẩn bị đâm vào nhau - Ảnh: LIGO

 được giới khoa học đánh giá quan trọng không kém so với việc LIGO (dự án hợp tác khoa học nghiên cứu sóng hấp dẫn) vừa đoạt giải Nobel vật lý 2017, đó là đo được sóng hấp dẫn từ việc va chạm giữa hai hố đen, được công bố vào đầu năm 2016.

Tín hiệu từ vì sao

Tín hiệu sóng hấp dẫn, với ký hiệu GW170817, được phát hiện đầu tiên vào 8h41 sáng (giờ New York, 7h41 tối Việt Nam) ngày 17-8-2017, bởi hai đài thiên văn LIGO-Hanford (bang Washington, Mỹ) và LIGO-Livingston (bang Louisiana). Thông tin từ đài thiên văn Virgo (Lisa, Ý) giúp giới hạn vị trí nơi sóng hấp dẫn xuất phát.

Vào ngày 17-8, phần mềm phân tích số liệu trực tuyến của LIGO-Hanford tìm thấy một tín hiệu sóng hấp dẫn rất mạnh. Cùng lúc, viễn vọng không gian Fermi của NASA phát hiện một sự kiện chớp gamma. 

Phần mềm phân tích dữ liệu của LIGO và Virgo xem xét hai tín hiệu này và kết luận rất khó có khả năng hai sự kiện này chỉ là ngẫu nhiên. Một phần mềm tự động khác của LIGO cũng đồng thời tìm ra tín hiệu này tại đài quan sát LIGO-Livingston.

Dữ liệu của LIGO cho thấy tín hiệu xuất phát hai thiên thể cách Trái đất khoảng 130 triệu năm ánh sáng đang quay cuộn vào nhau. Hai thiên thể này có khối lượng nhỏ hơn khối lượng của hố đen vũ trụ. 

Tính toán cho thấy khối lượng của chúng nằm trong khoảng 1,1 đến 1,6 khối lượng Mặt trời - đây là khoảng khối lượng của sao neutron.

Một ngôi sao neutron thường có đường kính trung bình khoảng 20km, nhưng tỉ trọng của chúng rất lớn, khoảng 1 thìa cà phê vật chất sao neutron có cân nặng khoảng 1 tỉ tấn.

Nếu như "tiếng chớp" của sóng hấp dẫn hai hố đen chỉ khoảng 1/10 giây, thì "tiếng chớp" tìm thấy vào ngày 17-8 kéo dài đến 100 giây, và có thể nhìn thấy thông qua toàn bộ dải tần số của LIGO. Điều này giúp các nhà khoa học biết được rằng thiên thể gây ra sóng hấp dẫn này rất nhẹ so với hố đen.

"Điều này là chỉ dấu cho thấy sao neutron là nguồn xuất phát của sóng hấp dẫn, nguồn sóng mà chúng tôi đã ao ước sẽ tìm thấy" - David Shoemaker, người phát ngôn của LIGO, phát biểu.

Sau Fermi, đài thiên văn gamma INTEGRAL thuộc Cơ quan Vũ trụ châu Âu cũng tìm thấy chớp gamma trong sự kiện nói trên và xác nhận một phần của chớp gamma được tạo ra ngay lúc 2 sao neutron va chạm, một điều mà trước đây chỉ là giả thuyết.

Với tọa độ mà LIGO-Virgo và Fermi đưa ra, hàng chục đài thiên văn trên thế giới có thể mở ống kính ra và bắt đầu thăm dò và sau cùng, khoảng 70 đài quan sát trên mặt đất và trong không gian cũng đã tìm thấy sự kiện này ở các bước sóng khác nhau.

TTO - Khám phá sóng hấp dẫn đang gây chấn động giới khoa học quốc tế, tuy nhiên với nhiều người đây vẫn là khái niệm trừu tượng. Trang PHDcomics.com cung cấp cách giải thích thú vị bằng truyện tranh.

Theo giám đốc điều hành LIGO David Reitze, điều này mở cánh cửa cho lĩnh vực vốn được chờ đợi từ lâu là "thiên văn học đa thông điệp": "Đây là lần đầu tiên chúng ta quan sát một sự kiện thiên thể trong cả sóng hấp dẫn và sóng điện từ - các sứ giả vũ trụ của chúng ta.

Thiên văn học hấp dẫn (gravitational astronomy) cung cấp những cơ hội mới để tìm hiểu tính chất của các ngôi sao neutron, điều không thể đạt được trước đây chỉ bằng thiên văn học điện từ".

Quả cầu lửa với đốm sáng rực rỡ

Sao neutron là những ngôi sao nhỏ nhất và đặc nhất mà con người từng biết đến. Sau khi hai ngôi sao neutron va chạm vào nhau và phát ra sóng hấp dẫn, phần lớn khối lượng của hai ngôi sao này sẽ nhập lại và tạo thành một ngôi sao mới rất đặc như một quả cầu lửa, phát ra tia gamma. 

Các nhà vật lý lý thuyết dự đoán rằng sau sự hình thành của quả cầu lửa này là "kilonova" - một hiện tượng mà trong đó vật chất còn sót lại từ sự va chạm của sao neutron được phát ra ngoài không gian.

Những quan sát mới từ đài quan sát Gemini (Mỹ), kính thiên văn cực lớn châu Âu và kính viễn vọng không gian Hubble cho thấy các nguyên tố nặng, chẳng hạn như chì và vàng, được tạo ra trong va chạm này và sau đó phân bố ra khắp vũ trụ. 

Điều này góp phần giải thích một bí ẩn trong nhiều thập kỷ qua về xuất xứ của các nguyên tố nặng trong vũ trụ.

Trong thời gian tới, các kính thiên văn trên toàn thế giới sẽ tiếp tục quan sát đốm sáng rực rỡ kilonova này để hiểu thêm về quá trình tiến hóa của một ngôi sao, sự tương tác của chúng với môi trường xung quanh và những quá trình đặc biệt tạo nên vật chất trong vũ trụ.

Với khám phá mới này, hệ thống đài thiên văn sóng hấp dẫn đã chính thức hoạt động và hợp tác với các đài thiên văn truyền thống, và hơn thế, mở ra một kỷ nguyên mới cho thiên văn học.