Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Trong một nhiệm vụ tìm kiếm các lỗ đen lớn nhất của Vũ trụ, các nhà nghiên cứu xác định trung tâm của hệ mặt trời trong vòng 100 mét.
Cuộc cách mạng trong sự hiểu biết của chúng ta về bầu trời đêm và vị trí của chúng ta trong vũ trụ bắt đầu khi chúng ta chuyển từ sử dụng mắt thường sang kính viễn vọng vào năm 1609. Bốn thế kỷ sau, các nhà khoa học đang trải qua một sự chuyển đổi tương tự trong kiến thức về các lỗ đen bằng cách tìm kiếm lực hấp dẫn sóng.
Trong quá trình tìm kiếm các lỗ đen chưa được phát hiện trước đó có khối lượng lớn gấp hàng tỷ lần so với mặt trời, Stephen Taylor, trợ lý giáo sư vật lý và thiên văn học và cựu nhà thiên văn học tại Phòng thí nghiệm Động cơ phản lực của NASA (JPL) cùng với Đài quan sát Nanohertz cho Sóng hấp dẫn ( Sự hợp tác của NANOGrav) đã thúc đẩy lĩnh vực nghiên cứu tiến lên bằng cách tìm vị trí chính xác – trung tâm trọng lực của hệ mặt trời của chúng ta – để đo sóng hấp dẫn báo hiệu sự tồn tại của các lỗ đen này.
Tiềm năng được trình bày bởi sự tiến bộ này từ đồng tác giả bởi Taylor đã được công bố trên tạp chí Tạp chí Vật lý thiên văn (Astrophysical Journal) vào tháng 4 năm 2020.
Lỗ đen là vùng hấp dẫn thuần túy được hình thành từ không thời gian bị biến dạng. Tìm ra các lỗ đen khổng lồ nhất trong Vũ trụ ẩn nấp ở trung tâm của các thiên hà sẽ giúp chúng ta hiểu làm thế nào các thiên hà đó (bao gồm cả của chúng ta) đã phát triển và phát triển trong hàng tỷ năm kể từ khi hình thành. Những lỗ đen này cũng là phòng thí nghiệm vô song để thử nghiệm các giả định cơ bản về vật lý.
Sóng hấp dẫn là những gợn sóng trong không thời gian được dự đoán bởi thuyết tương đối rộng của Einstein. Khi các lỗ đen quay quanh nhau theo cặp, chúng phát ra sóng hấp dẫn làm biến dạng không thời gian, kéo dài và nén không gian. Sóng hấp dẫn lần đầu tiên được phát hiện bởi Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế tia laser (LIGO) vào năm 2015, mở ra các vistas mới trên các vật thể cực đoan nhất trong vũ trụ. Trong khi LIGO quan sát sóng hấp dẫn tương đối ngắn bằng cách tìm kiếm những thay đổi về hình dạng của máy dò dài 4 km, NANOGrav, Trung tâm Vật lý Mặt trận Khoa học Quốc gia (NSF), tìm kiếm những thay đổi về hình dạng của toàn bộ thiên hà của chúng ta.
Taylor và nhóm của ông đang tìm kiếm những thay đổi về tốc độ phát ra của các sóng vô tuyến thường xuyên từ các xung. Những sao này là những ngôi sao neutron quay nhanh, một số sao nhanh như máy xay sinh tố. Họ cũng phát ra các chùm sóng vô tuyến, xuất hiện như những ngọn hải đăng giữa các vì sao khi những chùm này quét qua Trái đất. Hơn 15 năm dữ liệu đã chỉ ra rằng các pulsar này cực kỳ đáng tin cậy về tốc độ phát xung của chúng, hoạt động như các đồng hồ thiên hà nổi bật. Bất kỳ sai lệch thời gian nào tương quan giữa rất nhiều các pulsar này đều có thể báo hiệu sự ảnh hưởng của sóng hấp dẫn làm cong vênh thiên hà của chúng ta.
“Sử dụng các pulsar mà chúng ta quan sát trên dải ngân hà, chúng ta đang cố gắng giống như một con nhện ngồi yên giữa web của cô ấy”, Taylor giải thích. “Làm thế nào chúng ta hiểu được barycenter hệ mặt trời là rất quan trọng khi chúng ta cố gắng cảm nhận ngay cả những tiếng râm ran nhỏ nhất trên web.” Barycenter của hệ mặt trời, trọng tâm của nó, là vị trí mà khối lượng của tất cả các hành tinh, mặt trăng và các tiểu hành tinh cân bằng.
Trung tâm lưới của chúng ta ở đâu, vị trí của sự tĩnh lặng tuyệt đối trong hệ mặt trời của chúng ta? Không phải ở trung tâm của mặt trời như nhiều người có thể giả định, thay vào đó nó ở gần bề mặt của ngôi sao. Điều này là do khối lượng của sao Mộc và kiến thức không hoàn hảo của chúng ta về quỹ đạo của nó. Phải mất 12 năm để Sao Mộc quay quanh mặt trời, chỉ 15 năm mà NANOGrav đã thu thập dữ liệu. Đầu dò Galileo của JPL (được đặt theo tên của nhà khoa học nổi tiếng đã sử dụng kính viễn vọng để quan sát các mặt trăng của Sao Mộc) đã nghiên cứu Sao Mộc từ năm 1995 đến 2003, nhưng đã trải qua những sai lầm kỹ thuật ảnh hưởng đến chất lượng của các phép đo được thực hiện trong nhiệm vụ.
Xác định trọng tâm của hệ mặt trời từ lâu đã được tính toán với dữ liệu từ theo dõi Doppler để có được ước tính vị trí và quỹ đạo của các vật thể quay quanh mặt trời. “Điều đáng chú ý là các lỗi trong khối lượng và quỹ đạo sẽ chuyển thành các tạo tác thời gian xung có thể trông giống như sóng hấp dẫn”, nhà thiên văn học JPL và đồng tác giả Joe Simon giải thích.
Taylor và các cộng tác viên của mình đã phát hiện ra rằng làm việc với các mô hình hệ mặt trời hiện có để phân tích dữ liệu NANOGrav cho kết quả không nhất quán. “Chúng tôi không phát hiện bất cứ điều gì có ý nghĩa trong các tìm kiếm sóng hấp dẫn giữa các mô hình hệ mặt trời, nhưng chúng tôi đã nhận được sự khác biệt lớn về hệ thống trong tính toán của chúng tôi”, nhà thiên văn học JPL và tác giả chính của bài báo Michele Vallisneri lưu ý. “Thông thường, nhiều dữ liệu mang lại kết quả chính xác hơn, nhưng luôn có sự bù đắp trong tính toán của chúng tôi.”
Nhóm đã quyết định tìm kiếm trọng tâm của hệ mặt trời cùng lúc với việc điều tra sóng hấp dẫn. Các nhà nghiên cứu đã có câu trả lời mạnh mẽ hơn để tìm ra sóng hấp dẫn và có thể định vị chính xác hơn trọng tâm của hệ mặt trời trong phạm vi 100 mét. Để hiểu quy mô đó, nếu mặt trời có kích thước bằng một sân bóng đá, 100 mét sẽ là đường kính của một sợi tóc. Quan sát chính xác của chúng ta về các sao xung rải rác trong thiên hà đã định vị bản thân chúng ta trong vũ trụ tốt hơn bao giờ hết. Bằng cách tìm sóng hấp dẫn theo cách này, ngoài các thí nghiệm khác, nhóm của Taylor có được một cái nhìn tổng quan toàn diện hơn về tất cả các loại lỗ đen khác nhau trong Vũ trụ.
Khi NANOGrav tiếp tục thu thập dữ liệu thời gian xung chính xác và phong phú hơn bao giờ hết, các nhà thiên văn học tự tin rằng các lỗ đen khổng lồ sẽ xuất hiện sớm và rõ ràng trong dữ liệu.
Taylor được hỗ trợ một phần bởi một cuộc hẹn với Chương trình sau tiến sĩ của NASA tại JPL. Dự án NANOGrav nhận được hỗ trợ từ Giải thưởng Trung tâm Vật lý NSF # 1430284 và công việc này được NSF Grant PHYS-1066293 hỗ trợ một phần và bởi sự hiếu khách của Trung tâm Vật lý Aspen. Dữ liệu cho dự án này được thu thập bằng cách sử dụng các cơ sở của Đài thiên văn Green Bank và Đài thiên văn Arecibo.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Vanderbilt . Bản gốc được viết bởi Marissa Shapiro. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :