Lần đầu tiên trong lịch sử các nhà khoa học trên toàn thế giới đã cùng nhau ghi lại được hình ảnh một vụ va chạm của 2 ngôi sao neutron cách đây 130 triệu năm. Với tên gọi GW170817, sự kiện này được ghi nhận được thông qua lần thứ 5 dò ra được sự hiện diện của sóng hấp dẫn. Phát hiện lần này một lần nữa củng cố tính đúng đắn của những giả thuyết trước giờ về sóng hấp dẫn, về nguồn gốc của nó mà người đề xuất đầu tiên là Einstein, mở đường cho sự ra đời của nhiều phát kiến khác về vũ trụ vốn vẫn ẩn chứa vô số bí ẩn đối với nhân loại.

Vậy tại sao đây là sự kiện có ý nghĩa quan trọng đối với khoa học? Xưa giờ con người chưa thể xác định được chính xác sóng hấp dẫn xuất phát từ vị trí nào, cũng chưa hề quan sát tận mắt sự kiện đã tạo sóng hấp dẫn. Bây giờ, chúng ta đã chính thức làm được điều đó thông qua lần phát hiện sóng hấp dẫn thứ 5 công bố mới đây.

Bốn lần phát hiện sóng hấp dẫn trước đây bắt nguồn từ sự va chạm (hoặc hợp nhất) giữa 2 lỗ đen, hòa nhập thành một lỗ đen lớn hơn. Tuy nhiên, có 2 lý do khiến cho chúng ta chưa thể quan sát được hiện tượng này trước đây. Đầu tiên chính là hồi đầu năm nay chúng ta chỉ mới có 2 máy dò là giao thoa kế LIGO tại Livingston, Louisiana và Hanford, Washington. Do đó, 3 lần phát hiện đầu chỉ trả về kết quả là xuất phát từ đâu đó thuộc một khu vực rất rộng trên bầu trời.

Lý do thứ hai chính là các lỗ đen với những đặc tính tự nhiên của nó là vô hình. Chúng hấp thụ mọi ánh sáng và chúng ta chỉ có thể kết luận sự tồn tại của nó dựa vào sự thay đổi của không gian quanh nó. Ngược lại, những ngôi sao neutron thì hoàn toàn có thể quan sát được, đồng thời sự va chạm giữa chúng cũng là một sự va chạm ồn ào và dễ nhận thấy. Dù vậy, việc có thể cho ra được kết quả quan sát lần này cũng không phải là điều dễ dàng.

 

Để quan sát được vụ va chạm của 2 ngôi sao neutron, các nhà khoa học đã kết hợp khoảng 70 đài quan sát không gian lẫn mặt đất từ khắp nơi trên thế giới cùng với LIGO và Virgo để phân tích một khu vực nhỏ trên bầu trời thuộc chòm sao Hydra, nằm ngay bên cạnh thiên hà thấu kính NGC 4993.

Máy dò đầu tiên đã phát hiện ra tín hiệu vào 8.41am ngày 17 tháng 8. Sau đó khoảng 1,7 giây, 2 đài quan sát vũ trụ là kính viễn vọng không gian tia Fermi Gamma của NASA và kính thiên văn vật lý tia gamma INTErnational của ESA đã phát hiện ra các xung tia gamma - sự kiện sáng và nhiều năng lượng nhất trong vũ trụ tại vùng trời đó. Các sóng được chuyển thành dữ liệu âm thanh và nếu như đây là sự va chạm của lỗ đen thì chúng chỉ tồn tại vài phần ngàn giây. Tuy nhiên lần này, âm thanh xuất phát từ sự kiện GW170817 kéo dài tới khoảng 1/100 giây.

Nhận thấy đây không phải là sự trùng hợp ngẫu nhiên, các nhà thiên văn học trên khắp thế giới đã bắt đầu lao vào nghiên cứu tại vùng trời tương tự bằng kính thiên văn tại nơi họ đang công tác. David Shoemaker, người phát ngôn tại LIGO cho biết: “Nó ngay lập tức cho chúng tôi thấy rằng đó gần như là các ngôi sao neutron, một nguồn sóng khác mà chúng tôi muốn chứng kiến, và hứa hẹn về một thế giới mới mà chúng ta sẽ nhìn.”
 

Về cơ bản, sao neutron là thứ xảy ra ở cuối dòng đời của một ngôi sao siêu lớn. Khi phần lõi của chúng sụp đổ, vặn xoắn các photons và electron thành những neutron và neutrinos. Các neutrinos thoát ra ngoài nhưng các neutron lại có mật độ cực cao nên bị dồn lại thành một lõi với đường kính từ 10 tới 20 km. Nếu phần lõi này vào khoảng 3 khối lượng sao stellar mass thì áp lực từ mật độ cực lớn này sẽ tạo nên một ngôi sao neutron. Nếu phần lõi lớn hơn nữa, nó sẽ bị sụp độ vào một hố đen.

Cả 2 ngôi sao liên quan tới sự kiện GW170817 đều có khối lượng khoảng 1.1 và 1.6 và chúng có quỹ đạo quay quanh nhau theo hình xoắn ốc hẹp dần từ khoảng cách khoảng 300 km, bẻ cong không thời gian quanh chúng trong quá trình tăng tốc và sau đó là gởi các gợn sóng đi khắp vũ trụ. Đứng từ vị trí rất xa của chúng ta để quan sát, vụ va chạm cuối cùng là một hiện tượng cực sáng, phát ra một quả cầu lửa cực sáng của các tia gamma. Như trong video minh họa bên dưới, điểm sáng lớn là ở trung tâm thiên hà NGC 4993, khu vực hiện tượng GW170817 nằm ở bên trái.
 

Và cuối cùng, vụ va chạm của 2 ngôi sao neutron xảy ra cách đây 130 triệu năm ánh sáng. 130 triệu năm và bây giờ con người đã quan sát được một cách tường tận. Mặt khác, phát hiện lần này cũng củng cố kiến thức về các xung tia gamma.

Julie McEnery, nhà khoa học tại NASA cho biết: “nhiều thập kỷ qua chúng ta hoài nghi rằng những xung tia gamma ngắn được tạo thành bởi các vụ sáp nhập của sao neutron. Giờ đây, với dữ liệu tuyệt vời từ LOGO và Virgo về hiện tượng này, chúng ta đã có câu trả lời. Sóng hấp dẫn đã nói với chúng ta về sự hợp nhất của các vật thể có khối lượng cực lớn cỡ những ngôi sao neutron và những xung gamma lóe lên cho chúng ta biết những vật thể đó khác với lỗ đen bởi chúng không hề phát ra ánh sáng.”

Và tất nhiên, phát hiện lần này lại một lần nữa chứng minh rằng dự đoán năm xưa của Einstein là đúng. Giáo sư Andrew Melatos tại Đại học Melbourne cho biết: “Phát hiện lần này chứng minh tốc độ của sóng hấp dẫn là giống như ánh sáng với chênh lệch chỉ vài phần 10.000 ngàn tỷ, xác nhận dự đoán hồi năm 1915 của Einstein.”

Được biết nghiên cứu vẫn chưa dừng lại ở đây và trong nhiều tuần, nhiều tháng sắp tới, các nhà khoa học sẽ vẫn tiếp tục quan sát để nghiên cứu kỹ hơn về vụ sự kiện lần này. Đặc biệt trong quá trình nghiên cứu chính là kilonova, hiện tượng khi vật chất còn lại sau vụ va chạm vẫn phát sáng và tiếp tục nổ tung vào không gian. Các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới sẽ tiếp tục phát hành các nghiên cứu tiến hành vào dụp này và vật lý học hiện đại, thiên văn học hiện đại, lại tiếp tục từng bước được tiến thêm nhiều bước nữa.