Giai điệu của sóng hấp dẫn

Một nhóm các nhà khoa học và kỉ sư tại Phòng thí nghiệm đẩy phản lực của NASA đã tiến thêm một bước nữa gần hơn với việc "nghe" được sóng hấp dẫn. Những gợn sóng của không-thời gian này được tiên đoán bởi Albert Einstein vào đầu thế kỉ 20.Các nhà nghiên cứu đang tiến hành kiểm tra một hệ thống la-de có tên gọi antenna giao thoa không gian dùng la-de (LISA-laser interferometer space antenna), sẽ được gắn trên các phi thuyền không gian thực hiện nhiệm vụ dò tìm các tín hiệu yếu ớt của sóng hấp...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giai điệu của sóng hấp dẫn Giai điệu của sóng hấp dẫnMột nhóm các nhà khoa học và kỉ sư tại Phòng thí nghiệmđẩy phản lực của NASA đã tiến thêm một bước nữa gầnhơn với việc nghe được sóng hấp dẫn. Những gợn sóngcủa không-thời gian này được tiên đoán bởi Albert Einsteinvào đầu thế kỉ 20.Các nhà nghiên cứu đang tiến hành kiểm tra một hệ thốngla-de có tên gọi antenna giao thoa không gian dùng la-de(LISA-laser interferometer space antenna), sẽ được gắntrên các phi thuyền không gian thực hiện nhiệm vụ dò tìmcác tín hiệu yếu ớt của sóng hấp dẫn. Thí nghiệm được tiếnhành ở phòng thí nghiệm JPL ở Pasadena, Calif. Đây làmột nhiệm vụ không dễ dàng và còn rất nhiều thử tháchđang chờ đón phía trước.Các thí nghiệm mới ở JPL chạm được cột mốc đầy ý nghĩa,khi lần đầu tiên các tiếng ồn hay những thăng giáng ngẫunhiên trong chùm la-de LISA được làm nhỏ lại đủ để phânbiệt được những âm điệu ngọt ngào của loại sóng hay lẫntránh này.Để dò được sóng hấp dẫn, chúng ta phải tạo ra các phépđo có độ chính xác cực cao, như nhà vật lý Bill Klipsteintại JPL cho biết. Các chùm la-de có thể ồn hơn cả nhữngtín hiệu cần đo, vì vậy chúng tôi phải gỡ bỏ những nhiễunày một cách cẩn thận để có tín hiệu sạch; nó giống nhưviệc nghe thấy cái lông chim đang rơi giữa một trận mưalớn. Klipstein là đồng tác giả bài báo vừa cho đăng trênPhysical Review Letters về thí nghiệm này.Mô phỏng vị trí của LISA trong việc đo sóng hấp dẫn.(Ảnh: ESA)JPL chỉ là một trong nhiều nhóm làm việc cho LISA, nhiệmvụ liên kết giữa Ủy ban Không gian châu Âu và NASA, dự kến sẽ phóng lên không gian vào năm 2010 hoặc sau đó.Vào tháng Tám năm nay, LISA đã được đem ra giới thiệutrước các nhà thiên văn và vật lý thiên văn dưới sự ủng hộ Hội đồng Nghiên cứu quốc gia Hoa Kỳ.Một trong những mục đích căn bản của LISA là dò tìm trực tiếp các sóng hấp dẫn. Các nghiên cứu về sóng vũ trụ bắt đầu thu được kết quả vài thập kỉ trước, khi năm 1974 các nhà nghiên cứu phát hiện ra một cặp sao đôi đã chết (pulsar) đang quay quanh nhau theo quỹ đạo xoắn ốc và tiến lại gần nhau hơn, nhờ vào sự mất mát năng lượngkhông giải thích được. Phần năng lượng đó được chỉ ra sau này là một dạng sóng hấp dẫn. Đó là bằng chứng không trực tiếp đầu tiên về sóng hấp dẫn, nó cũng mang về một giải Nobel vật lý vào năm 1993. LISA không những được mong chờ sẽ nghe được sóng,mà còn mang lại thông tin về nguồn phát ra nó-là những vậtnặng như lỗ đen hay các sao đã chết, cất lên giai điệu vũ trụ khi chuyển động gia tốc trong không-thời gian. Nhiệm vụnày cũng có thể dò tìm sóng hấp dẫn do các vật nặng trong Dải Ngân hà cũng như từ các thiên hà ở xa, cho phép cácnhà khoa học thâm nhập vào một ngôn ngữ hoàn toàn mới của vũ trụ. Nhiệm vụ này dự kiến sẽ do ba tàu không gian riêng biệtđảm nhận, được sắp xếp ở cảc đỉnh của một tam giác khổnglồ trên không gian và liên lạc với nhau bằng tia la-de. Các tàu không gian này sẽ tham gia vào hệ mặt trời ở khoảng cách 20 độ so với trái đất. Mỗi phi thuyền sẽ mang mộtkhối platinum và vàng được thả nổi tự do trong không gian. Khi sóng hấp dẫn truyền qua phi thuyền, chúng sẽ khiếncho khoảng cách giữa các khối này thay đổi một lượng nhỏ khó nhận ra, nhưng đủ để các thiết bị cực nhạy của LISA dò thấy nhờ vào các chùm la-de liên kết. Sóng hấp dẫn sẽ làm cho các nút bần dao động, nhưngchỉ là một lượng rất nhỏ, Glenn de Vine, đồng tác giả củabài báo mới đây ở JPL cho biết. Bạn tôi từng nói rằng, nó nhẹ như một quả bóng nhỏ cao su nảy trong bồn tắm.Đội ngủ JPL đã dành sáu năm để làm công tác kỉ thuật choLISA, bao gồm thiết bị có tên gọi máy đo pha, dùng để tinhchỉnh các máy dò la-de. Một trong những vấn đề chính của hệ thống này cũng vừa hoàn tất, giảm tiếng ồn la-de được dò bởi các máy đo pha hàng tỉ lần, đủ để dò thấy tín hiệu sóng hấp dẫn.Glenn de Vine and Brent Ware tại JPL thực hiện thínghiệm la-de LISA. (Ảnh: NASA/JPL-Caltech)Việc này cũng giống như việc dò tìm một proton trongđống cỏ khô. Sóng hấp dẫn sẽ làm khoảng cách giữa cácphi thuyền cách nhau 5 triệu km thay đổi khoảng một pi-comét, nghĩa là 100 triệu lần nhỏ hơn bề dày của sợi tóc.Điểm cốt yếu của kỉ thuật la-de LISA là hiện tượng giaothoa. Sự giao thoa phụ thuộc vào quãng đường truyền củacác chùm sáng la-de (quang lộ-ND) cũng là khoảng cáchgiữa các tàu không gian, có thể thay đổi do sóng hấp dẫn.Quá trình này cũng tương tự như sóng biển, đôi lúc nóchồng lên nhau để tạo lên ngọn sóng lớn hơn, nhưng cũngcó những lúc chúng triệt tiêu lẫn nhau tạo thành những hõmsóng.Chúng ta không thể sử dụng thước đo để đo đạc khoảngcách giữa các phi thuyền, de Vine cho biết, vì vậy chúngtôi dùng la-de. Bước sóng la-de cũng giống như các điểmđánh dấu thang đo trên thước.Trong LISA, các chùm sáng la-de được dò bởi các máy đopha và sau đó gửi về trái đất. Ở đây chúng được cho giaothoa theo một quá trình gọi là hiệ ...