Jinu
Intern Writer
Gần 10 năm sau khi phát hiện ra những gợn sóng không gian-thời gian (hay còn gọi là sóng hấp dẫn), các nhà vật lý đã công bố một tín hiệu sóng hấp dẫn mạnh nhất từ trước đến nay, xuất phát từ sự hợp nhất của hai lỗ đen trong một thiên hà xa xôi. Sự kiện này không chỉ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các lỗ đen mà còn mở ra một cách thức mới để kiểm chứng lý thuyết hấp dẫn của Albert Einstein (còn gọi là thuyết tương đối rộng). Theo báo cáo từ tạp chí Physical Review Letters, phân tích sự kiện này đã xác nhận định lý của Stephen Hawking: diện tích bề mặt của lỗ đen chỉ có thể tăng lên, không bao giờ giảm.
Vào ngày 14 tháng 1 năm 2025, Đài quan sát sóng hấp dẫn bằng laser (LIGO) của Mỹ đã phát hiện tín hiệu này. Đài quan sát này bao gồm hai máy dò LIGO đặt tại Louisiana và Washington, sử dụng laser để phát hiện sóng hấp dẫn với độ nhạy cao, có khả năng phát hiện sự thay đổi chiều dài của các cánh tay dài 4 km nhỏ hơn 1/100 kích thước của một proton. Qua việc so sánh tín hiệu với các mô hình, các nhà nghiên cứu xác định rằng tín hiệu này đến từ sự hợp nhất của hai lỗ đen có khối lượng lần lượt gấp 33,6 và 32,2 lần mặt trời.
Mặc dù khối lượng của hai lỗ đen này gần giống với khối lượng của các lỗ đen được phát hiện trong sự kiện đầu tiên vào ngày 14 tháng 9 năm 2015, nhưng nhờ vào những nâng cấp công nghệ, độ nhạy của máy dò đã được cải thiện gấp ba lần. Tín hiệu mới có tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu lên tới 80, cho phép các nhà nghiên cứu phân tích với độ chính xác chưa từng có.
Sau khi hợp nhất, lỗ đen cuối cùng sẽ tạo ra những dao động ngắn giống như tiếng chuông. Tần số dao động được quan sát đạt 247 lần mỗi giây và kéo dài khoảng 10 mili giây. Dao động chính sẽ đi kèm với các âm vang (thường có tần số thấp hơn và giảm nhanh hơn), và những âm vang này là yếu tố then chốt để kiểm tra thuyết tương đối rộng.
Về lý thuyết, ngoài khối lượng và mômen góc, lỗ đen gần như không có đặc điểm nào khác, điều này có nghĩa là tần số và tốc độ giảm của âm vang không tồn tại độc lập mà có mối liên hệ toán học. Bằng cách so sánh âm vang với âm chính, các nhà vật lý đã có thể xác nhận dự đoán của thuyết tương đối rộng.
Một thách thức lớn trong việc quan sát là việc bắt được âm vang, vì thời gian giảm của nó có thể ngắn hơn chu kỳ dao động đơn lẻ. Nhà vật lý lý thuyết Scott Hughes từ MIT đã mô tả rằng: “Nó giống như tiếng sấm hơn là tiếng chuông.” Mặc dù các sự kiện hợp nhất lỗ đen khác cũng đã đề cập đến sự tồn tại của âm vang, nhưng nhà vật lý Katerina Chatziioannou từ Caltech cho biết: “Âm vang được quan sát lần này rất rõ ràng, là bằng chứng quyết định.” Dữ liệu cuối cùng cho thấy mô hình phân bố tần số chính và tần số âm vang hoàn toàn phù hợp với dự đoán lý thuyết của thuyết tương đối rộng.
Cần lưu ý rằng Đài quan sát sóng hấp dẫn bằng laser đã sử dụng các mô phỏng dựa trên thuyết tương đối rộng để nhận diện các đặc điểm tín hiệu, điều này có thể dẫn đến sai lệch. Để loại bỏ ảnh hưởng này, các nhà nghiên cứu đã loại bỏ phần lớn tín hiệu và chỉ phân tích giai đoạn dao động chính. Nhà vật lý Maximiniano Isi từ Flatiron nhấn mạnh rằng: “Cường độ tín hiệu là nền tảng cho tất cả những điều này.” Tuy nhiên, nhà lý thuyết Frans Pretorius từ Princeton cho rằng vẫn có thể tồn tại một số sai lệch trong quá trình phân tích.
Các nhà nghiên cứu tại LIGO đã tính toán diện tích chân trời của lỗ đen cuối cùng khoảng 400.000 km². Kết hợp với dữ liệu trước khi hai lỗ đen hợp nhất, họ phát hiện rằng mặc dù khối lượng của lỗ đen cuối cùng nhỏ hơn tổng khối lượng của hai lỗ đen ban đầu (một phần khối lượng đã bị tiêu tán dưới dạng sóng hấp dẫn), nhưng diện tích chân trời của nó lại lớn hơn tổng diện tích của hai lỗ đen ban đầu, điều này phù hợp với dự đoán toán học của định lý diện tích của Hawking: bất kể khối lượng và mômen góc của lỗ đen thay đổi như thế nào, diện tích chân trời của nó sẽ không bao giờ giảm.
Nghiên cứu này cho thấy, với sự nâng cao độ nhạy của Đài quan sát sóng hấp dẫn bằng laser, lỗ đen đã trở thành đối tượng nghiên cứu thực nghiệm. Hughes nhận xét: “Sự thay đổi về số lượng đã dẫn đến sự thay đổi về chất.” Pretorius chỉ ra rằng, với việc nâng cao hơn nữa hiệu suất của đài quan sát hoặc xây dựng các trạm quan sát mới, các nhà khoa học sẽ phát hiện ra nhiều mô hình dao động và âm vang hơn, “có thể chúng ta sẽ tìm thấy những thiếu sót trong thuyết tương đối rộng và quan sát được những hiện tượng bất thường thông qua các phép đo chính xác cao.”
Tất nhiên, tất cả điều này phụ thuộc vào việc Đài quan sát sóng hấp dẫn bằng laser có thể nâng cao hiệu suất hay không. Vào tháng 6 năm 2025, Nhà Trắng đã đề xuất đóng cửa một trong những trạm quan sát của đài này như một phần trong kế hoạch cắt giảm ngân sách của Quỹ Khoa học Quốc gia Mỹ lên tới 57%. Điều này sẽ làm giảm đáng kể độ nhạy của đài quan sát, và giấc mơ lắng nghe “tiếng nói của lỗ đen” cũng sẽ trở nên mờ nhạt.
Nguồn: https://www.sohu.com/a/957753596_34...3_218_AB1PKt_1_fd.5.1764036320949cKlbQzE_1107
Vào ngày 14 tháng 1 năm 2025, Đài quan sát sóng hấp dẫn bằng laser (LIGO) của Mỹ đã phát hiện tín hiệu này. Đài quan sát này bao gồm hai máy dò LIGO đặt tại Louisiana và Washington, sử dụng laser để phát hiện sóng hấp dẫn với độ nhạy cao, có khả năng phát hiện sự thay đổi chiều dài của các cánh tay dài 4 km nhỏ hơn 1/100 kích thước của một proton. Qua việc so sánh tín hiệu với các mô hình, các nhà nghiên cứu xác định rằng tín hiệu này đến từ sự hợp nhất của hai lỗ đen có khối lượng lần lượt gấp 33,6 và 32,2 lần mặt trời.
Mặc dù khối lượng của hai lỗ đen này gần giống với khối lượng của các lỗ đen được phát hiện trong sự kiện đầu tiên vào ngày 14 tháng 9 năm 2015, nhưng nhờ vào những nâng cấp công nghệ, độ nhạy của máy dò đã được cải thiện gấp ba lần. Tín hiệu mới có tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu lên tới 80, cho phép các nhà nghiên cứu phân tích với độ chính xác chưa từng có.
Sau khi hợp nhất, lỗ đen cuối cùng sẽ tạo ra những dao động ngắn giống như tiếng chuông. Tần số dao động được quan sát đạt 247 lần mỗi giây và kéo dài khoảng 10 mili giây. Dao động chính sẽ đi kèm với các âm vang (thường có tần số thấp hơn và giảm nhanh hơn), và những âm vang này là yếu tố then chốt để kiểm tra thuyết tương đối rộng.
Về lý thuyết, ngoài khối lượng và mômen góc, lỗ đen gần như không có đặc điểm nào khác, điều này có nghĩa là tần số và tốc độ giảm của âm vang không tồn tại độc lập mà có mối liên hệ toán học. Bằng cách so sánh âm vang với âm chính, các nhà vật lý đã có thể xác nhận dự đoán của thuyết tương đối rộng.
Một thách thức lớn trong việc quan sát là việc bắt được âm vang, vì thời gian giảm của nó có thể ngắn hơn chu kỳ dao động đơn lẻ. Nhà vật lý lý thuyết Scott Hughes từ MIT đã mô tả rằng: “Nó giống như tiếng sấm hơn là tiếng chuông.” Mặc dù các sự kiện hợp nhất lỗ đen khác cũng đã đề cập đến sự tồn tại của âm vang, nhưng nhà vật lý Katerina Chatziioannou từ Caltech cho biết: “Âm vang được quan sát lần này rất rõ ràng, là bằng chứng quyết định.” Dữ liệu cuối cùng cho thấy mô hình phân bố tần số chính và tần số âm vang hoàn toàn phù hợp với dự đoán lý thuyết của thuyết tương đối rộng.
Cần lưu ý rằng Đài quan sát sóng hấp dẫn bằng laser đã sử dụng các mô phỏng dựa trên thuyết tương đối rộng để nhận diện các đặc điểm tín hiệu, điều này có thể dẫn đến sai lệch. Để loại bỏ ảnh hưởng này, các nhà nghiên cứu đã loại bỏ phần lớn tín hiệu và chỉ phân tích giai đoạn dao động chính. Nhà vật lý Maximiniano Isi từ Flatiron nhấn mạnh rằng: “Cường độ tín hiệu là nền tảng cho tất cả những điều này.” Tuy nhiên, nhà lý thuyết Frans Pretorius từ Princeton cho rằng vẫn có thể tồn tại một số sai lệch trong quá trình phân tích.
Các nhà nghiên cứu tại LIGO đã tính toán diện tích chân trời của lỗ đen cuối cùng khoảng 400.000 km². Kết hợp với dữ liệu trước khi hai lỗ đen hợp nhất, họ phát hiện rằng mặc dù khối lượng của lỗ đen cuối cùng nhỏ hơn tổng khối lượng của hai lỗ đen ban đầu (một phần khối lượng đã bị tiêu tán dưới dạng sóng hấp dẫn), nhưng diện tích chân trời của nó lại lớn hơn tổng diện tích của hai lỗ đen ban đầu, điều này phù hợp với dự đoán toán học của định lý diện tích của Hawking: bất kể khối lượng và mômen góc của lỗ đen thay đổi như thế nào, diện tích chân trời của nó sẽ không bao giờ giảm.
Nghiên cứu này cho thấy, với sự nâng cao độ nhạy của Đài quan sát sóng hấp dẫn bằng laser, lỗ đen đã trở thành đối tượng nghiên cứu thực nghiệm. Hughes nhận xét: “Sự thay đổi về số lượng đã dẫn đến sự thay đổi về chất.” Pretorius chỉ ra rằng, với việc nâng cao hơn nữa hiệu suất của đài quan sát hoặc xây dựng các trạm quan sát mới, các nhà khoa học sẽ phát hiện ra nhiều mô hình dao động và âm vang hơn, “có thể chúng ta sẽ tìm thấy những thiếu sót trong thuyết tương đối rộng và quan sát được những hiện tượng bất thường thông qua các phép đo chính xác cao.”
Tất nhiên, tất cả điều này phụ thuộc vào việc Đài quan sát sóng hấp dẫn bằng laser có thể nâng cao hiệu suất hay không. Vào tháng 6 năm 2025, Nhà Trắng đã đề xuất đóng cửa một trong những trạm quan sát của đài này như một phần trong kế hoạch cắt giảm ngân sách của Quỹ Khoa học Quốc gia Mỹ lên tới 57%. Điều này sẽ làm giảm đáng kể độ nhạy của đài quan sát, và giấc mơ lắng nghe “tiếng nói của lỗ đen” cũng sẽ trở nên mờ nhạt.
Nguồn: https://www.sohu.com/a/957753596_34...3_218_AB1PKt_1_fd.5.1764036320949cKlbQzE_1107
