Sóng hấp dẫn “quái vật” được quan sát lần đầu tiên
(nature.com)- Đây là một mục trên Nature cho biết lần đầu tiên đã phát hiện sóng hấp dẫn “quái vật” với quy mô lớn hơn rất nhiều so với trước đây, trở thành dịp để việc quan sát sóng hấp dẫn снова thu hút chú ý
- Phần thân bài ngắn được công bố diễn đạt là “Gravitational waves are back, and they’re bigger than ever”, nhấn mạnh sự thay đổi về quy mô là điểm cốt lõi
- Mục này được đăng trên Nature 619, trang 13-14 và DOI là
10.1038/d41586-023-02167-7 - Tài liệu tham khảo bao gồm các nghiên cứu liên quan đến sóng hấp dẫn của Agazie, Antoniadis, Reardon, Xu... được công bố vào năm 2023
- Chỉ với văn bản được cung cấp, khó xác nhận tới mức phương pháp quan sát, thiết bị sử dụng, dữ liệu phân tích và diễn giải khoa học
Nội dung có thể xác nhận từ tiêu đề và câu công khai
- Tiêu đề là “Monster gravitational waves spotted for first time”, đặt trọng tâm vào lần quan sát đầu tiên của sóng hấp dẫn quái vật
- Phần nội dung thực chất được công khai chỉ có một câu: “Gravitational waves are back, and they’re bigger than ever”, nhấn mạnh rằng sóng hấp dẫn đang lại thu hút chú ý và có quy mô lớn hơn trước đây
Thông tin thư mục và phạm vi có thể xác nhận
- Mục này được đăng trên Nature 619, trang 13-14 và DOI là
10.1038/d41586-023-02167-7 - Tài liệu tham khảo bao gồm các nghiên cứu năm 2023 sau
- Agazie và cộng sự, Astrophys. J. 951, L8
- Antoniadis và cộng sự, bản in trước arXiv
2306.16214 - Reardon và cộng sự, Astrophys. J. 951, L6
- Xu và cộng sự, Res. Astron. Astrophys. 23, 075024
- Văn bản được cung cấp không có thông tin cụ thể về phương thức quan sát, thiết bị phát hiện, đặc tính tín hiệu hay diễn giải khoa học
1 bình luận
Ý kiến trên Hacker News
Vật lý và kỹ thuật hiện đại trông hơi phi lý theo hướng tích cực. Tôi từng nghĩ LIGO chắc chắn sẽ không thể hoạt động, và ngay cả khi có tín hiệu phát hiện, tôi cũng tự hỏi liệu có phải nó đang đuổi theo cái đuôi của chính mình không; nhưng giờ đây, với các phép phát hiện từ nhiều cơ sở và mối tương quan với quan sát ánh sáng từ các vụ hợp nhất sao neutron, bằng chứng cho thấy dữ liệu đó là thật gần như đã vững chắc
Sau đó tôi nghe nói về LISA; ý tưởng cơ bản thì tương tự, nhưng lại xây nó trong vũ trụ, để các tàu thăm dò giữ đội hình và bắn laser cho nhau ở khoảng cách 2,5 triệu km, nghe như một kế hoạch điên rồ. Thế nhưng Pathfinder dường như đã hoạt động như một minh chứng khái niệm, và giờ họ đang thực sự chế tạo nó; ngay cả với mốc 2037, điều đó vẫn gây kinh ngạc
Vài năm trước khi xem video Spacetime về dự án này, tôi còn nghĩ nhiễu sẽ quá lớn nên nó không thể thành công, nhưng giờ bầu không khí đã là có lẽ nó thực sự đã thành công. Giờ nếu các nhà vật lý nói điều gì là khả thi, dù có trông bất khả thi đến đâu tôi cũng sẽ chú ý lắng nghe
Sự quay của sao neutron ổn định đến mức có thể dùng để hiệu chuẩn đồng hồ nguyên tử[0], nhưng một số cái xuất hiện glitch khác với dự đoán, và các glitch đó lại nhất quán với nhau. Hóa ra đó không phải glitch, mà là sóng hấp dẫn khổng lồ đã làm cong vênh không-thời gian
[0] https://gizmodo.com/scientists-use-spinning-neutron-stars-to...
Nguồn vốn lớn và các công trình quy mô lớn hiện nay phần lớn tập trung ở Mỹ, nhưng trung tâm của đế chế luôn thay đổi theo thời gian dài, còn ý tưởng thì đến từ khắp thế giới
https://www.uwa.edu.au/Profile/David-Blair
Cái này còn ở mức làm đầu óc bay xa hơn nữa
[1] https://einstein.stanford.edu/TECH/technology1.html
Tôi tò mò không biết những làn sóng như thế sẽ trông ra sao khi đi xuyên qua chúng ta. Liệu có giống âm thanh, với các hạt bị nén rồi giãn ra, và các phân tử tạm thời tái sắp xếp theo hướng “xuống dưới” hơi lệch khỏi tâm khối lượng của Trái Đất một chút không?
Ngoài ra cũng tự hỏi liệu có thể xem những sóng này là các sóng sin rất thoải hay không. Ngược lại, liệu có thể tồn tại thứ như sóng hấp dẫn hình vuông với biên độ lớn không? Nếu thứ đó đi xuyên qua một vật thể thì chuyện gì sẽ xảy ra?
Khi sóng đi qua và chuyển từ đỉnh xuống đáy, hướng đó đảo ngược lại: theo hướng x thì bị kéo giãn còn theo hướng y thì bị nén. Ở đây, kéo giãn và nén có nghĩa là gia tốc dương và âm tức thời chồng thêm lên gia tốc của trường hấp dẫn nền lớn hơn rất nhiều do Trái Đất tạo ra
Hình minh họa ở đây: https://www.researchgate.net/publication/313828462/figure/fi...
Giống như một đứa trẻ có thể tăng biên độ dao động hình sin của chiếc xích đu bằng cách cử động chân đúng theo tần số cộng hưởng của nó, ngay cả sóng hấp dẫn rất yếu cũng có thể làm tăng dao động của một bộ dao động vòng nếu khớp với tần số cộng hưởng của vòng
Sóng hấp dẫn hình vuông chính xác là không thể, cũng giống như với sóng điện từ. Vì ở các góc sẽ cần năng lượng vô hạn. Về nguyên lý thì có thể xấp xỉ, nhưng không-thời gian cực kỳ cứng, và các nguồn phát thực tế đã biết dường như tạo ra những làn sóng rất mượt. Ngay cả những sự kiện dữ dội nhất cũng là sự hợp nhất của các lỗ đen có sẵn, và gần như đều phát sinh từ quá trình xoắn ốc tiếp cận mượt mà hơn là một cú va chạm sắc gọn
Tín hiệu “chirp” thấy trong máy dò LIGO trông như thế này: https://www.youtube.com/watch?v=TWqhUANNFXw
Hiệu ứng của sóng vuông, đúng như dự đoán, sẽ giống một cú giật mạnh duy nhất như trong sóng điện từ hơn là làm tăng dần dao động một cách mượt mà
Trong LIGO, vì thế một nhánh của giao thoa kế sẽ dài ra còn nhánh kia ngắn lại, rồi điều đó lặp lại theo chiều ngược lại khi sóng đi qua. Thuật ngữ kỹ thuật cho chuyển động này là chuyển động “Differential Arm”, tức dịch chuyển vi sai khi các nhánh đồng thời đổi chiều dài theo các hướng ngược nhau
Khi chiều dài các nhánh thay đổi, quãng đường mỗi chùm laser đi qua cũng thay đổi. Chùm ở nhánh ngắn sẽ quay lại bộ tách chùm sớm hơn chùm ở nhánh dài, và trong lúc sóng đi qua, mỗi nhánh sẽ luân phiên giữa nhánh ngắn hơn và nhánh dài hơn. Khi tái hợp tại bộ tách chùm, các sóng ánh sáng không còn khớp gọn với nhau nữa mà lệch pha, rồi dao động qua lại giữa trạng thái thẳng hàng và lệch hàng trong suốt quá trình sóng đi qua
https://www.ligo.caltech.edu/page/what-is-interferometer
https://en.wikipedia.org/wiki/LIGO
Nếu muốn một bản tổng quan dễ hiểu hơn, có thể xem bài này:
In a major discovery, scientists say space-time churns like a choppy sea
https://www.washingtonpost.com/science/2023/06/28/gravitatio...
Bản lưu trữ: https://archive.is/AmRvg
[0] https://news.ycombinator.com/item?id=36514521
Nhờ giải thích kiểu như nói với trẻ 5 tuổi. Mình được học rằng mọi vật đều rơi với cùng một gia tốc do hằng số hấp dẫn
Nếu có loại sóng này thì có nghĩa là các vật sẽ rơi với tốc độ hơi khác nhau một chút sao? Kiểu như tùy theo độ lớn của sóng mà xuất hiện lực kéo theo hướng ngược lại và hằng số bị lệch đi một chút?
Và hơi lạc đề một chút nhưng có liên quan: nếu mọi vật đều có lực hấp dẫn theo khối lượng của nó, thì vật lớn ngoài việc bị Trái Đất hút còn tự nó cũng hút Trái Đất, vậy có phải nó sẽ rơi nhanh hơn vật nhỏ một chút không?
Ngoài ra, câu nói rằng các vật rơi với cùng tốc độ trong chân không là một hiểu lầm khá phổ biến. Người ta thường dùng lập luận rằng khối lượng của vật bị khử ở cả hai vế của phương trình, hoặc lập luận rằng nếu chẻ vật thành hai nửa thì hai nửa đó cũng không rơi chậm hơn
Để trả lời: nếu mọi vật có cùng kích thước, cùng khoảng cách đến vật làm mốc tham chiếu (thường là Trái Đất), cùng khối lượng, và đều bắt đầu từ trạng thái đứng yên không có vận tốc tương đối, thì vật nặng và vật nhẹ sẽ chịu cùng một gia tốc. Nhưng vật nặng sẽ va chạm trước. Có thể gọi điều đó là “rơi nhanh hơn” không?
Theo như bình luận bên dưới đã kindly giải thích, có vẻ như trong mô hình hiện tại câu trả lời cho câu hỏi này là “không”: https://www.youtube.com/watch?v=QMFLcmsjOBg
Đây không phải chuyên môn của mình, nhưng chẳng phải có những lý thuyết nói rằng thay vì đẩy tàu vũ trụ đi trong không gian, ta có thể bẻ cong không-thời gian quanh tàu để đạt được di chuyển siêu ánh sáng sao?
Mình muốn nhấn mạnh đây hoàn toàn là suy đoán, nhưng liệu những sóng hấp dẫn kiểu này có thể là “gợn sóng” sinh ra phía sau chuyển động siêu ánh sáng, giống như con tàu đi trên mặt nước để lại sóng phía sau nó không?
Trong video, họ nói rằng các mô hình siêu ánh sáng dựa trên việc bẻ cong không-thời gian không tạo ra kiểu gợn sóng như vậy. Tuy nhiên, nếu một con tàu thực sự khổng lồ tăng tốc cực nhanh thì những gợn đó có thể sẽ phát hiện được
Những sóng này mạnh hơn và dài hơn hàng nghìn lần so với loại được phát hiện vào năm 2015, và bước sóng có thể dài tới hàng chục năm ánh sáng. Trong khi đó, các gợn sóng được phát hiện bằng giao thoa kế từ năm 2015 đến nay chỉ dài cỡ vài chục đến vài trăm km
Có lẽ người ta cũng biết khá rõ chúng đến từ đâu. Nếu dùng ví von con tàu, thì tình huống này gần giống như ta có thể quan sát được những con sóng lừng tự nhiên khổng lồ ngoài biển, nhưng không nhận ra vệt sóng do một con tàu băng qua đại dương để lại
Trong thuyết tương đối rộng, có những nghiệm hợp lệ mà trong đó một vật nằm trong một “túi” không-thời gian và không-thời gian xung quanh bị bẻ cong, nên về đại khái thì không phải vật chuyển động mà là không gian chuyển động
Nhưng để tạo ra cách sắp xếp không-thời gian như vậy thì cần những điều kiện đòi hỏi thứ bất khả thi, hoặc thứ chưa từng được biết là tồn tại, hoặc lượng năng lượng tương đương toàn bộ năng lượng của vũ trụ
Ngoài ra cũng không có nghiệm hợp lệ nào đã biết cho phép chuyển từ không gian bình thường sang cấu hình không-thời gian đặc biệt đó. Nên nếu nó tồn tại thì có lẽ nó phải luôn tồn tại ngay từ đầu
Kết luận là mình khá chắc rằng trên thực tế nó sẽ không khả thi, nhưng nếu nó khả thi thì ta biết phải nhìn vào đâu và phải giải những bài toán nào. Thỉnh thoảng vẫn có các bài báo gỡ bỏ được một phần trong danh sách bất khả thi đó
Nó thuộc kiểu “khả năng thấp, nhưng biết đâu một ngày nào đó”
https://futurama.fandom.com/wiki/Dark_Matter_Engine
https://www.youtube.com/watch?v=1RtMMupdOC4
Mình hiểu ý chính của nghiên cứu này. Pulsar phát ra sóng vô tuyến với tần số đều đặn, nên nếu theo dõi sóng vô tuyến nhận được từ các pulsar nằm trên mặt cầu xung quanh chúng ta, ta có thể đo được những bất thường có tương quan trong tần số và suy ra rằng nguyên nhân là các sóng hấp dẫn khổng lồ đã thực chất làm thay đổi hình dạng của môi trường truyền dẫn
Nhưng việc này không phải là đo trực tiếp bản thân sóng hấp dẫn, mà là đo sự thay đổi quỹ đạo của tín hiệu vô tuyến “cưỡi” trên những con sóng đó để đến chỗ ta. Nếu dùng ví dụ mặt biển, thì giống như xung quanh ta có những tháp pháo bắn phi tiêu trôi nổi theo mọi hướng với khoảng cách đều đặn, và ta đo thời gian những phi tiêu đó đến được chỗ mình để suy ra độ lớn của sóng trên đường đi. Ta không nhìn sóng trực tiếp, mà chỉ nhìn các phi tiêu
Vì vậy điều mình thắc mắc là làm sao phân biệt được giữa một con sóng thật sự rất lớn với vô số con sóng nhỏ hợp lại tạo ra cùng hiệu ứng. Tức là ta biết có một dạng sóng nào đó đã làm thay đổi vectơ vận tốc của tín hiệu vô tuyến, nhưng nếu có nhiều cách sắp xếp sóng khác nhau có thể tạo ra cùng một thay đổi tín hiệu, thì làm sao chọn đúng cách sắp xếp?
Kết quả là họ tìm kiếm một đặc trưng gọi là đường cong Hellings–Downs, vốn dự đoán tương quan giữa các cặp pulsar sẽ thay đổi theo khoảng cách góc trên bầu trời như thế nào khi sóng hấp dẫn đến từ mọi hướng có thể
Mình không chắc điều đó có trả lời đúng câu hỏi của bạn không, nhưng mình hiểu nó giống như việc mô phỏng kết quả của mọi hiệu ứng có thể có rồi xem cái nào tương quan với dữ liệu. Vì vậy nếu có nhiều nguyên nhân khác nhau tạo ra cùng một hiệu ứng thì có lẽ sẽ khó phân biệt
Bài trên Quanta Magazine cũng đáng tham khảo: https://www.quantamagazine.org/an-enormous-gravity-hum-moves...
Một phần giải thích rất hay dành cho người không chuyên:
https://www.reddit.com/r/space/comments/14lpjnx/scientists_h...
Có vẻ những sóng hấp dẫn “quái vật” này được “bắt” bằng cách tính toán sai khác trong thời gian của pulsar. Bài viết không có nhiều thông tin như tôi mong đợi, nhưng liệu có sóng nào trong số này từng được LIGO phát hiện hoặc xác nhận không?
https://arstechnica.com/science/2023/06/nanograv-picks-up-si...
Có thể là câu hỏi ngớ ngẩn, nhưng về mặt lý thuyết thì có thể lướt sóng hấp dẫn được không? Trên Trái Đất thì tất nhiên là không, nhưng tôi tự hỏi liệu ở gần những nơi như cặp lỗ đen có thể làm được không. Nếu nhìn theo mô hình tưởng tượng kiểu tấm cao su rằng trọng lực làm cong không-thời gian, thì việc lướt sóng có vẻ khả thi
Giải thích chi tiết hơn có tại https://worldbuilding.stackexchange.com/questions/36113/woul...