Pulsars: Món quà của Vũ trụ dành cho vật lí học

Pulsar, những sao neutron siêu đặc, có lẽ là những phòng thí nghiệm vật lí ngoại hạng nhất trong Vũ trụ. Nghiên cứu về những vật thể cực độ và kì lạ này đã mang lại hai giải thưởng Nobel. Các nhà nghiên cứu pulsar đã sẵn sàng tìm hiểu những chi tiết mới của ngành vật lí hạt nhân qua các pulsar, để kiểm tra thuyết tương đối tổng quát trong các điều kiện lực hấp dẫn cực mạnh, và để trực tiếp phát hiện ra sóng hấp dẫn với một chiếc “kính thiên văn” gần bằng kích cỡ Thiên hà của chúng ta.

Sao neutron là tàn dư của những ngôi sao đồ sộ đã nổ dưới dạng sao siêu mới. Chúng nén khối lượng lớn hơn khối lượng Mặt trời vào trong quả cầu có kích cỡ không lớn hơn một thành phố cỡ trung bình, khiến chúng là những vật thể đậm đặc nhất trong Vũ trụ, ngoại trừ những lỗ đen, với chúng khái niệm tỉ trọng còn có ý nghĩa trên phương diện lí thuyết. Pulsar là những sao neutron phát ra những chùm sóng vô tuyến tỏa ra từ hai cực từ của chúng. Khi chuyển động quay của chúng quét một chùm sóng qua Trái đất, các kính thiên văn vô tuyến phát hiện ra nó dưới dạng một “xung” sóng vô tuyến.

Pulsar Vela

Pulsar Vela

Bằng cách đo chính xác khoảng thời gian của những xung như thế, các nhà thiên văn có thể sử dụng pulsar cho những “thí nghiệm” độc nhất vô nhị ở tiền phương của vật lí học hiện đại. Ba nhà khoa học đã trình bày kết quả của một nghiên cứu như vậy, và triển vọng của những khám phá trong tương lai, tại cuộc họp của Hiệp hội Mĩ Vì Sự tiến bộ của Khoa học ở Vancouver, British Columbia.

Pulsar nằm ở tiền phương của nghiên cứu về lực hấp dẫn. Albert Einstein đã công bố lí thuyết tương đối tổng quát của ông vào năm 1916, và bản mô tả của ông về bản chất của lực hấp dẫn cho đến nay vẫn trụ vững qua vô số phép kiểm tra thực nghiệm. Tuy nhiên, vẫn có những lí thuyết đang cạnh tranh với thuyết tương đối tổng quát.

“Nhiều lí thuyết thay thế cũng xuất sắc như thuyết tương đối tổng quát trong việc dự đoán hành trạng trong hệ mặt trời của chúng ta. Tuy nhiên, có một chỗ chúng không dự đoán giống nhau là trong môi trường cực đặc của một sao neutron,” phát biểu của Ingrid Stairs ở trường Đại học British Columbia.

Trong một số lí thuyết thay thế, hành trạng hấp dẫn phải biến thiên dựa trên cấu trúc bên trong của sao neutron.

“Bằng cách đo cẩn thận khoảng thời gian của các xung pulsar, chúng ta có thể đo chính xác các tính chất của sao neutron. Một số bộ dữ liệu quan sát cho thấy chuyển động của pulsar không phụ thuộc vào cấu trúc của chúng, cho nên đến nay thì thuyết tương đối tổng quát vẫn an toàn,” Stairs giải thích.

Nghiên cứu mới đây về pulsar trong những hệ sao đôi có những sao neutron khác, và, trong một trường hợp, với một pulsar khác, mang lại những phép kiểm tra tốt nhất từ trước đến nay của thuyết tương đối tổng quát trong trường hấp dẫn rất mạnh. Người ta trông đợi độ chính xác của phép đo như vậy sẽ còn tốt hơn trong tương lai, Stairs nói.

Một dự đoán khác của thuyết tương đối tổng quát là chuyển động của những khối lượng trong Vũ trụ phải gây ra những nhiễu loạn của không-thời gian dưới dạng sóng hấp dẫn. Những con sóng như vậy cho đến nay chưa được phát hiện ra trực tiếp, nhưng nghiên cứu về các pulsar trong những hệ sao đôi đã cung cấp bằng chứng gián tiếp cho sự tồn tại của chúng. Công trình đó đã giành Giải Nobel năm 1993.

Nay các nhà thiên văn đang sử dụng các pulsar trong Dải Ngân hà làm một thiết bị khoa học khổng lồ để trực tiếp phát hiện ra sóng hấp dẫn.

“Pulsar là những cái đồng hồ cực kì chính xác đến mức chúng ta có thể sử dụng chúng để phát hiện ra sóng hấp dẫn trong một ngưỡng tần số mà không có thí nghiệm nào khác có độ nhạy như vậy,” phát biểu của Benjamin Stappers thuộc trường Đại học Manchester ở Anh.

Bằng cách đo tỉ mỉ khoảng thời gian của các xung pulsar phân tán rộng trong Thiên hà của chúng ta, các nhà thiên văn hi vọng đo được những biến thiên nhỏ gây ra bởi sự đi qua của những con sóng hấp dẫn. Các nhà khoa học hi vọng những Ma trận Đồng hồ Pulsar như vậy có thể phát hiện ra sóng hấp dẫn gây ra bởi chuyển động của những cặp lỗ đen siêu khối trong Vũ trụ sơ khai, các dây vũ trụ, và có khả năng có nguyên nhân từ những sự kiện kì lạ khác nữa trong vài ba giây đầu tiên sau Big Bang.

“Hiện nay, chúng tôi chỉ mới có thể đặt ra các giới hạn cho sự tồn tại của những sóng tần số rất thấp đang tìm kiếm, nhưng chúng tôi hi vọng với sự mở rộng theo kế hoạch và những chiếc kính thiên văn mới sẽ mang lại sự phát hiện trực tiếp trong vòng thập niên tới,” Stairs nói.

Với tỉ trọng cao gấp vài lần tỉ trọng trong hạt nhân nguyên tử, các pulsar là những phòng thí nghiệm độc đáo dành cho ngành vật lí hạt nhân. Các chi tiết vật lí của những vật thể đậm đặc như thế vẫn chưa được hiểu rõ.

“Bằng cách đo khối lượng của các sao neutron, chúng ta có thể đặt những ràng buộc lên cơ sở vật lí nội tại của chúng,” phát biểu của Scott Ransom thuộc Đài thiên văn Vô tuyến Quốc gia Anh. “Chỉ trong vòng ba đến bốn năm qua, chúng tôi đã tìm thấy một số sao neutron đồ sộ mà do khối lượng lớn của chúng nên đã bác bỏ một số đề xuất kì lạ cho cái đang diễn ra tại tâm của các sao neutron,” Ransom nói.

Nghiên cứu vẫn đang tiếp tục, và những phép đo thêm nữa là cần thiết. “Các nhà lí thuyết thật khéo léo, nên khi chúng tôi cung cấp thêm dữ liệu, họ sẽ sửa những mô hình kì lạ của mình cho khớp với cái chúng tôi tìm thấy,” Ransom nói.

Lucky_Rua – thuvienvatly.com
Nguồn: National Radio Astronomy Observatory (web)

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Extension Thuvienvatly.com cho Chrome

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Khi dòng điện tác dụng lên nam châm
08/06/2022
Khả năng khai thác lượng điện năng có vẻ vô tận là một trong những nền tảng của thế giới hiện đại. Công nghệ ấy
Nhận thức lịch sử về nam châm
28/05/2022
Vào năm 1600, một bác sĩ người Anh cho biết ngoài trọng lực, Trái Đất còn tác dụng những lực khác khi ông chỉ ra rằng hành
Photon là gì?
25/07/2021
Là hạt sơ cấp của ánh sáng, photon vừa bình dị vừa mang đầy những bất ngờ. Cái các nhà vật lí gọi là photon, thì những
Lược sử âm thanh
28/02/2021
Sóng âm: 13,7 tỉ năm trước Âm thanh có nguồn gốc từ rất xa xưa, chẳng bao lâu sau Vụ Nổ Lớn tĩnh lặng đến chán ngắt.
Đồng hồ nước Ktesibios
03/01/2021
Khoảng năm 250 tCN. “Đồng hồ nước Ktesibios quan trọng vì nó đã làm thay đổi mãi mãi sự hiểu biết của chúng ta về một
Tic-tac-toe
05/12/2020
Khoảng 1300 tCN   Các nhà khảo cổ có thể truy nguyên nguồn gốc của “trò chơi ba điểm một hàng” đến khoảng năm 1300
Sao neutron to bao nhiêu?
18/09/2020
Các nhà thiên văn vật lí đang kết hợp nhiều phương pháp để làm hé lộ các bí mật của một số vật thể lạ lùng nhất
Giải chi tiết mã đề 219 môn Vật Lý đề thi TN THPT 2020 (đợt 2)
04/09/2020

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com