Cuộc đua không gian mới: Sóng hấp dẫn

Trong bài viết tuần trước,“Sự đam mê của tôi đối với kỹ thuật giao thoa so với trải nghiệm tại Indium Corporation”, tôi đã đề cập đến sóng hấp dẫn và phát hiện mang tính đột phá của LIGO (Đài quan sát sóng hấp dẫn bằng giao thoa laser) về hiện tượng này vào năm ngoái. Phát hiện này đã đặt ra những ưu tiên mới trong giới vật lý và thiên văn vật lý, đồng thời thúc đẩy nhiều nghiên cứu hơn nữa về sóng hấp dẫn.

Trước khi LIGO có phát hiện này, các tổ chức khác cũng đã lên kế hoạch thực hiện các thí nghiệm nhằm phát hiện sóng hấp dẫn. Vào đầu những năm 2000, NASA và ESA đã hợp tác để tìm ra các phương pháp phát hiện sóng hấp dẫn. Sau khi xem xét nhiều lý thuyết, họ đã đề xuất dự án LISA (Laser Interferometer Space Antenna). LISA là một thiết bị giao thoa kế sẽ phát hiện sóng hấp dẫn khi hoạt động trong không gian. Hệ thống này sẽ bao gồm ba tàu vũ trụ xếp thành hình tam giác đều với độ dài cạnh là 5 triệu km và có khả năng đo đồng thời biên độ, hướng và độ phân cực của sóng hấp dẫn. Tuy nhiên, do vấn đề chi phí và tính khả thi, NASA và ESA đã chấm dứt hợp tác vào năm 2011. Dù vậy, ESA vẫn tiếp tục theo đuổi dự án LISA. Khi LIGO lần đầu tiên phát hiện sóng hấp dẫn vào năm 2015, điều này đã khơi dậy sự quan tâm đột ngột đối với lĩnh vực nghiên cứu này và một cuộc đua không gian mới bắt đầu. Nhờ phát hiện của LIGO cùng với việc thử nghiệm thành công LISA Pathfinder (một tàu vũ trụ nhỏ được thiết kế để kiểm tra các công nghệ cần thiết cho một sứ mệnh LISA thành công), NASA đã nghiêm túc xem xét việc tái hợp tác với ESA trong sứ mệnh LISA.

LISA mạnh hơn rất nhiều so với bất kỳ kính giao thoa mặt đất nào, bởi nó có thể phát hiện các tần số nhỏ đến 0,1 millihertz, điều này sẽ cho phép quan sát từ nhiều nguồn hơn nữa, đặc biệt là những nguồn có tính dự đoán cao nhất và mạnh nhất mà hiện nay chúng ta không thể phát hiện được do tần số của chúng quá thấp. Tần số thấp nhất mà LIGO có thể phát hiện là khoảng 1 hertz, do lượng nhiễu quá lớn trên Trái Đất. Các tín hiệu nhiễu trên Trái Đất xuất phát từ những tác động hàng ngày như giao thông hoặc sóng biển. Trong không gian, nguồn nhiễu duy nhất có thể được phát hiện là từ gió mặt trời và áp suất bức xạ mặt trời, cả hai đều có thể được bù đắp và hầu như không gây ra nhiễu đáng kể. Đối với các nguồn sóng hấp dẫn mạnh nhất, tín hiệu của chúng sẽ mạnh hơn khoảng 10 triệu lần so với bất kỳ mức nhiễu dự kiến nào có thể được phát hiện.

LIGO đã gặt hái được thành công vang dội trong việc mở ra những cơ hội mới cho nghiên cứu sóng hấp dẫn. Hiện nay, các nhà khoa học cần phát triển trên nền tảng đó và tận dụng nghiên cứu sóng hấp dẫn để tìm hiểu thêm về vũ trụ của chúng ta. Tìm hiểu thêm thông tin về LISA và sự hợp tác giữa NASA và ESA qua hai bài viết:“NASA và ESA có thể hợp tác để đo lường sóng hấp dẫn” và“Khoa học vũ trụ: Tổng quan vềLISA.”