Khác biệt giữa bản sửa đổi của “Quan sát trực tiếp sóng hấp dẫn lần đầu tiên”

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Duyệt lịch sử tương tác
← Thay đổi trướcThay đổi sau →
Nội dung được xóa Nội dung được thêm vào
Trực quanMã wiki
Không có tóm lược sửa đổi
Không có tóm lược sửa đổi
Dòng 82: Dòng 82:


==Tham khảo==
==Tham khảo==
{{tham khảo}}
{{tham khảo|30em|refs=
<ref name="PRL-20160211">{{cite journal |publisher=LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration |last1=Abbott |first1=Benjamin P. |title=Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger |url=http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.061102 |journal=[[Phys. Rev. Lett.]] |volume=116 |issue=6 |pages=061102 |year=2016 |doi=10.1103/PhysRevLett.116.061102 |arxiv=1602.03837 |lay-summary=https://www.ligo.caltech.edu/system/media_files/binaries/301/original/detection-science-summary.pdf}}</ref>
<ref name="Properties">{{cite journal |publisher=LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration |last1=Abbott |first1=Benjamin P. |arxiv=1602.03840 |title=Properties of the binary black hole merger GW150914 |date=11 February 2016}}</ref>
<ref name="BlackHoleRate">{{cite journal |url=https://dcc.ligo.org/LIGO-P1500217/public/main |title=The Rate of Binary Black Hole Mergers inferred from Advanced LIGO Observations surrounding GW150914 |date=10 February 2016 |arxiv=1602.03842}}</ref>
<ref name="Nature_11Feb16">{{cite journal |title=Einstein's gravitational waves found at last |journal=Nature News |url=http://www.nature.com/news/einstein-s-gravitational-waves-found-at-last-1.19361 |date=11 February 2016 |last=Castelvecchi |first=Davide |last2=Witze |first2=Alexandra |doi=10.1038/nature.2016.19361 |accessdate=11 February 2016}}</ref>
<ref name="BBC_11Feb16">{{cite news |title=Einstein's gravitational waves 'seen' from black holes |url=http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-35524440 |work=BBC News |date=11 February 2016}}</ref>
<ref name="Nature12Jan16">{{cite news |url=http://www.nature.com/news/gravitational-wave-rumours-in-overdrive-1.19161 |title=Gravitational-wave rumours in overdrive |journal=Nature News |first=Davide |last=Castelvecchi |date=12 January 2016 |doi=10.1038/nature.2016.19161 |accessdate=11 February 2016}}</ref>
<ref name="PhysicsWorld">{{cite news |url=http://physicsworld.com/cws/article/news/2016/feb/11/ligo-detects-first-ever-gravitational-waves-from-two-merging-black-holes |title=LIGO detects first ever gravitational waves – from two merging black holes |first1=Tushna |last1=Commissariat |first2=Margaret |last2=Harris |magazine=[[Physics World]] |date=11 February 2016 |accessdate=19 February 2016}}</ref>
<ref name="arXiv:1602.03868">{{cite journal |arxiv=1602.03868 |title=Swift follow-up of the Gravitational Wave source GW150914 |journal=MNRAS Letters (submitted)}}</ref>
<ref name="Guardian_11Feb16">{{cite news | url=https://www.theguardian.com/science/2016/feb/11/gravitational-waves-discovery-hailed-as-breakthrough-of-the-century | title= Gravitational waves: breakthrough discovery after a century of expectation | newspaper=[[The Guardian]] | first=Tim | last=Radford | date=11 February 2016 | accessdate=19 February 2016}}</ref>
}}

*{{cite book | author=Hartle, James B. | title=Gravity: an Introduction to Einstein's General Relativity | location=San Francisco | publisher=Addison–Wesley | year=2003 | isbn=0-8053-8662-9|page=335}}

==Liên kết ngoài ==
==Liên kết ngoài ==
{{commons category|GW150914}}
{{commons category|GW150914}}

Phiên bản lúc 00:52, ngày 11 tháng 3 năm 2016

Quan sát trực tiếp đầu tiên sóng hấp dẫn
LIGO đo được sóng hấp dẫn tại trạm Livingston (phải) và trạm Hanford (trái), tín hiệu này khớp với giá trị dự đoán theo lý thuyết.
Tên gọi khácGW150914
Kiểu sự kiệnSóng hấp dẫn
Thời điểm đo được
Ngày14 tháng 9, 2015
Lúc09:50:45 UTC
Kéo dài trong0,2 s
Đo bởiHai trạm của LIGO, tín hiệu cách nhau 7 ms
Tính chất vật lý
Tổng năng lượng phát ra~ 3 M☉ x c2 dưới dạng sóng hấp dẫn
Tần sốTừ 35 đến 250 Hz
Tốc độ sóngBằng tốc độ ánh sáng c
Tỷ số biến dạnghpeak ~ 1,0 x 10-21[Ct 1]
Tham số nguồn phát
Nguồn phátHệ hai hố đen hợp nhất
Khoảng cáchz ~ 0,09 (xấp xỉ 1,3 tỷ năm ánh sáng)
Vị trí90% khả năng nằm ở thiên cầu nam
Khối lượng của hệ[Ct 2]
Hố đen 1~ 36 M☉
Hố đen 2~ 29 M☉
Hố đen cuối~ 62 M☉
Trích dẫn bài báo công bố trên Phys. Rev. Lett.[1]

Quan sát trực tiếp đầu tiên sóng hấp dẫn đo được vào ngày 14 tháng 9 năm 2015 đã được nhóm hợp tác LIGO và Virgo thông báo vào ngày 11 tháng 2 năm 2016.[1][2][3] Trước đó các nhà vật lý mới chỉ suy ra sự tồn tại gián tiếp của sóng hấp dẫn thông qua ảnh hưởng của chúng lên thời gian đến của xung vô tuyến từ sao xung trong các hệ sao đôi. Dạng sóng, mà thu được từ hai trạm thăm dò của LIGO,[4] khớp với dự đoán của thuyết tương đối rộng về sóng hấp dẫn phát ra từ cặp lỗ đen khối lượng vào khoảng 36 và 29 lần khối lượng Mặt Trời chuyển động xoáy tròn, sáp nhập với nhau tạo thành một lỗ đen quay sau giai đoạn dao động tắt dần (hay đổ chuông - "ringdown"). Tín hiệu được đặt ký hiệu là GW150914 (viết tắt của Gravitational Wave và ngày phát hiện sự kiện).[1][5] Đây cũng là lần đầu tiên đo được quá trình sáp nhập của hệ hai lỗ đen, chứng minh sự tồn tại của các hệ đôi lỗ đen khối lượng sao, và những sự kiện hợp nhất như thế có xảy ra trong độ tuổi của Vũ trụ hiện tại.

Giới truyền thông trên toàn cầu đã đưa tin về sự kiện lần đầu tiên đo trực tiếp sóng hấp dẫn được coi như là một thành tựu lớn với nhiều lý do. Nỗ lực nhằm chứng minh trực tiếp sự tồn tại của các sóng này đã trải qua trên 50 năm, khi mà cường độ của chúng đến Trái Đất là quá nhỏ khiến ngay cả Albert Einstein cũng phải hoài nghi về khả năng phát hiện ra sóng hấp dẫn.[6][7] Các sóng thoát ra từ biến cố sáp nhập dữ dội GW150914 đến Trái Đất như là những gợn sóng lăn tăn của độ cong trong cấu trúc không thời gian làm thay đổi kéo dài hay co lại ở các cánh tay LIGO có độ dài 4 km bằng 1/1000 đường kính của proton,[5] tương đương tỷ lệ với sự thay đổi khoảng cách đến ngôi sao gần hệ Mặt Trời nhất bằng bề rộng của tóc người.[8][Ct 3] Năng lượng giải phóng ra trong thời gian ngắn của sự kiện là cực lớn, tương đương bằng 3 lần khối lượng Mặt Trời x c2 (5,4×1047 J) phát ra trong thời gian ít hơn nửa giây dưới dạng sóng hấp dẫn, đạt tốc độ bức xạ cực đại bằng khoảng 3,6×1049 watt – lớn hơn hàng chục lần năng lượng ánh sáng phát ra từ tất cả các sao kết hợp lại trong vũ trụ quan sát được.[1][2][9][10][Ct 4]

Phép đo này đã xác nhận một trong những dự đoán cuối cùng còn chưa được kiểm nghiệm của thuyết tương đối tổng quát và công nhận tiên đoán của lý thuyết về sự biến đổi của độ cong không thời gian trong các sự kiện vũ trụ cỡ lớn (gọi là các kiểm tra trong trường hấp dẫn mạnh - strong field tests). Nó cũng mở ra một ngành mới đó là thiên văn học sóng hấp dẫn, cho phép thu thập được dữ liệu từ các biến cố thiên văn vật lý mà trước đó không thể phát hiện được, và có khả năng đưa các nhà vũ trụ học tới những thời điểm sơ khai nhất trong lịch sử của Vũ trụ.[1][14][15][16][17]

Sóng hấp dẫn

Bài chi tiết: Sóng hấp dẫn
Mô phỏng chuyển động quỹ đạo xoáy tròn và hợp nhất của hai hố đen tương tự với sự kiện GW150914. Minh họa hai mặt cầu đen tương ứng cho chân trời sự kiện, và biểu diễn hình học của cấu trúc không thời gian bị cong bằng các bề mặt hai chiều tô màu. Một bán cầu của chân trời sự kiện được thể hiện màu cho biết sự thay đổi của trục tự quay của lỗ đen trong quá trình sáp nhập. Độ cao của bề mặt màu minh họa độ cong của không gian, biến đổi từ màu đỏ sang lục chỉ ra khoảng thời gian bị chậm đi bao nhiêu khi tiến gần về hố đen, màu lam và tím ở những khoảng cách lớn hơn biểu diễn sóng hấp dẫn lan truyền ra xa.[18]

Albert Einstein đã tiên đoán sự tồn tại của sóng hấp dẫn vào năm 1916,[19][20] sau vài tháng khi ông viết ra dạng đúng của phương trình trường cho thuyết tương đối tổng quát.[21] Lý thuyết giải thích hấp dẫn là hệ quả của sự uốn cong không thời gian gây bởi khối lượng. Từ đó, Einstein đã tiên đoán các sự kiện trong Vũ trụ có thể tạo ra "những gợn lăn tăn" của không thời gian – những độ cong của chính không thời gian – mà lan truyền ra bên ngoài, tuy vậy hiệu ứng của nó là rất nhỏ khiến cho mục tiêu đo được trực tiếp nó dường như là không thể đối với công nghệ ở thời đó.[7] Các nhà vật lý dự đoán rằng các vật chuyển động trên quỹ đạo quay quanh nhau sẽ mất năng lượng do sóng hấp dẫn (một hệ quả của định luật bảo toàn năng lượng), mặc dù khi tới Trái Đất hiệu ứng của sóng hấp dẫn truyền qua là rất nhỏ trong mọi trường hợp xảy ra sự kiện dữ dội trong Vũ trụ.[22]

Sóng hấp dẫn hầu như không tương tác hoặc tương tác rất yếu với vật chất. Không giống như sóng điện từ có tương tác với vật chất, sóng hấp dẫn hoàn toàn truyền tự do qua vật chất. Mức tự do này còn lớn hơn sự tương tác rất ít của neutrino với vật chất. Rất khó có thể thu năng lượng từ sóng hấp dẫn, ngay cả khi nó mang năng lượng lớn, nó chỉ mặc nhiên truyền qua mọi thứ chắn trên đường đi của nó. Sóng hấp dẫn làm kéo và co dãn không gian chúng đi qua. Chúng là các gợn lăn tăn của tấm màn không gian và thời gian. Mọi vật chất nhúng trong không thời gian sẽ di chuyển theo cùng nó.[12]

Một trong số các trường hợp mà sóng hấp dẫn trở lên mạnh nhất đó là trong giai đoạn cuối cùng của sự kiện kết hợp hai thiên thể đặc như sao neutron hoặc lỗ đen. Trong quãng thời gian dài hàng triệu năm, các cặp sao neutron, và cặp lỗ đen mất dần năng lượng, chủ yếu thông qua sóng hấp dẫn. Sóng này cũng "đẩy" lại các thiên thể (tương tự như phản lực) khiến cho quỹ đạo của chúng chuyển động xoáy ốc vào nhau. Đến thời điểm cuối cùng, hai vật thể sẽ đạt tới vận tốc cực lớn và chỉ trong thời gian vài phần giây hai thiên thể sáp nhập lại với một lượng đáng kể khối lượng của hệ được chuyển đổi thành năng lượng hấp dẫn và phát ra ngoài dưới dạng bức xạ hấp dẫn,[23] mang tới cơ hội đo được trực tiếp sóng hấp dẫn. Tuy nhiên, bởi vì hiểu biết về số lượng các cặp sao trong Vũ trụ còn hạn chế và quá trình đạt tới giai đoạn hợp nhất cuối cùng diễn ra rất chậm chạp, cho nên có một độ bất định về số khả năng các sự kiện như thế có thể xảy ra trong một phạm vi không gian trong một khoảng thời gian cho trước.[24]

Chú thích

  1. ^ Tỷ số biến dạng biên độ gây bởi sóng hấp dẫn h (gravitational wave strain amplitude): Mỗi trạm của LIGO hoạt động một máy dò Advanced LIGO, một dạng giao thoa kế sửa đổi kiểu Michelson đo biến dạng sóng hấp dẫn bằng hiệu chênh lệch độ dài hai cánh tay vuông góc của nó. Mỗi cánh tay tạo bởi các gương treo, tác dụng như là các khối lượng thử, đặt cách nhau Lx = Ly = L = 4 km. Khi có sóng hấp dẫn truyền qua gây hiệu ứng làm thay đổi chiều dài của mỗi cánh tay sao cho độ chênh lệch xác định bằng ΔL(t) = δLx - δLy = h(t)L, trong đó h là tỷ số biến dạng biên độ sóng hấp dẫn chiếu lên máy dò. aLIGO có thể đo được sự biến đổi độ dài cỡ 10-18 m. Theo lý thuyết, đối với một cặp sao neutron khối lượng M = 1,4 M☉ quay quanh nhau trên quỹ đạo R = 20 km với tần số quỹ đạo forb = 400 Hz, nằm cách Trái Đất r = 1023 m (15 Mpc) thì .
  2. ^ Tính theo hệ quy chiếu của nguồn phát.
  3. ^ Đường kính của proton ~ 1,68-1,74 femtômét (1,68-1,74×10-15m); tỉ số giữa proton/1000/4000 m = ~4×10-22; bề rộng của tóc người ~ 0,02-0,04 milimét (0,02-0,04×10-3m); khoảng cách đến Proxima Centauri ~ 4,423 năm ánh sáng (4,184×1016 m); tỉ số của tóc người/khoảng cách đến ngôi sao = 5-10×10-22
  4. ^ Mặc dù năng lượng phát ra rất lớn, hiệu ứng kéo giãn và co nén của sóng hấp dẫn khi truyền qua một nhà du hành vũ trụ ở khoảng cách 1 AU so với nguồn phát là rất nhỏ và có thể thoát được.[11] Nếu khoảng cách đủ gần, người đó có thể cảm nhận được sóng hấp dẫn giống như khi đứng gần một cái loa lớn trong một buổi biểu diễn ca nhạc ở sân vận động.[12][13]

Tham khảo

  1. ^ a b c d e Abbott, Benjamin P. (2016). “Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger”. Phys. Rev. Lett. LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration. 116 (6): 061102. arXiv:1602.03837. doi:10.1103/PhysRevLett.116.061102. Đã bỏ qua tham số không rõ |lay-summary= (gợi ý |lay-url=) (trợ giúp)
  2. ^ a b Castelvecchi, Davide; Witze, Alexandra (11 tháng 2 năm 2016). “Einstein's gravitational waves found at last”. Nature News. doi:10.1038/nature.2016.19361. Truy cập ngày 11 tháng 2 năm 2016.
  3. ^ The Editorial Board (16 tháng 2 năm 2016). “The Chirp Heard Across the Universe”. New York Times. Truy cập ngày 16 tháng 2 năm 2016.
  4. ^ “Einstein's gravitational waves 'seen' from black holes”. BBC News. 11 tháng 2 năm 2016.
  5. ^ a b Naeye, Robert (11 tháng 2 năm 2016). “Gravitational Wave Detection Heralds New Era of Science”. Sky and Telescope. Truy cập ngày 11 tháng 2 năm 2016.
  6. ^ Pais, Abraham (1982), “The New Dynamics, section 15d: Gravitational Waves”, Subtle is the Lord: The science and the life of Albert Einstein, Oxford University Press, tr. 278–281, ISBN 978-0-19-853907-0
  7. ^ a b Blum, Alexander; Lalli, Roberto; Renn, Jürgen (12 tháng 2 năm 2016). “The long road towards evidence”. Hiệp hội Max Planck. Truy cập ngày 15 tháng 2 năm 2016.
  8. ^ Radford, Tim (11 tháng 2 năm 2016). “Gravitational waves: breakthrough discovery after a century of expectation”. The Guardian. Truy cập ngày 19 tháng 2 năm 2016.
  9. ^ Harwood, W. (11 tháng 2 năm 2016). “Einstein was right: Scientists detect gravitational waves in breakthrough”. CBS News. Truy cập ngày 12 tháng 2 năm 2016.
  10. ^ Drake, Nadia (11 tháng 2 năm 2016). “Found! Gravitational Waves, or a Wrinkle in Spacetime”. Hội địa lý Quốc gia Hoa Kỳ. Truy cập ngày 12 tháng 2 năm 2016.
  11. ^ Stuver, Amber (12 tháng 2 năm 2016). “Your Questions About Gravitational Waves, Answered”. Gizmodo (Phỏng vấn). Phóng viên Jennifer Ouellette. Gawker Media. Truy cập ngày 24 tháng 2 năm 2016.
  12. ^ a b “Q&A about Gravitational wave”. LIGO Scientific Collaboration. reddit.com. Truy cập 8 tháng 3 năm 2016.
  13. ^ Thorne, Kip (1994). “Prologue & Chapter 10”. Black Holes and Time Warps: Einstein's Outrageous Legacy. W W Norton & Company. ISBN 0-393-31276-3.
  14. ^ Lỗi chú thích: Thẻ <ref> sai; không có nội dung trong thẻ ref có tên tests
  15. ^ Lỗi chú thích: Thẻ <ref> sai; không có nội dung trong thẻ ref có tên astrophysics
  16. ^ CNN quoting Prof. Martin Hendry (University of Glasgow, LIGO)) - "Detecting gravitational waves will help us to probe the most extreme corners of the cosmos -- the event horizon of a black hole, the innermost heart of a supernova, the internal structure of a neutron star: regions that are completely inaccessible to electromagnetic telescopes."
  17. ^ Ghosh, Pallab (11 tháng 2 năm 2016). “Einstein's gravitational waves 'seen' from black holes”. BBC News. Truy cập ngày 19 tháng 2 năm 2016. With gravitational waves, we do expect eventually to see the Big Bang itself.
  18. ^ “GW150914: LIGO Detects Gravitational Waves”. Black-holes.org. Truy cập ngày 3 tháng 3 năm 2016.
  19. ^ Einstein, A (tháng 6 năm 1916). “Näherungsweise Integration der Feldgleichungen der Gravitation”. Sitzungsberichte der Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften Berlin. part 1: 688–696.
  20. ^ Einstein, A (1918). “Über Gravitationswellen”. Sitzungsberichte der Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften Berlin. part 1: 154–167.
  21. ^ Einstein, Albert (1916), “Die Grundlage der allgemeinen Relativitätstheorie”, Annalen der Physik, 49: 769–822, Bibcode:1916AnP...354..769E, doi:10.1002/andp.19163540702, Bản gốc (PDF) lưu trữ ngày 29 tháng 8 năm 2006, truy cập ngày 14 tháng 2 năm 2016
  22. ^ Schutz, Bernard (31 tháng 5 năm 2009). “9. Gravitational radiation”. A First Course in General Relativity (ấn bản 2). Cambridge University Press. tr. 234, 241. ISBN 0-521-88705-4.
  23. ^ Commissariat, Tushna; Harris, Margaret (11 tháng 2 năm 2016). “LIGO detects first ever gravitational waves – from two merging black holes”. Physics World. Truy cập ngày 19 tháng 2 năm 2016.
  24. ^ LIGO Scientific Collaboration and VIRGO Collaboration (16 tháng 7 năm 2010). “Predictions for the rates of compact binary coalescences observable by ground-based gravitational-wave detectors”. Class. Quantum Grav. 27 (17). arXiv:1003.2480. doi:10.1088/0264-9381/27/17/173001.

Lỗi chú thích: Thẻ <ref> có tên “Properties” được định nghĩa trong <references> không được đoạn văn bản trên sử dụng.
Lỗi chú thích: Thẻ <ref> có tên “BlackHoleRate” được định nghĩa trong <references> không được đoạn văn bản trên sử dụng.
Lỗi chú thích: Thẻ <ref> có tên “Nature12Jan16” được định nghĩa trong <references> không được đoạn văn bản trên sử dụng.

Lỗi chú thích: Thẻ <ref> có tên “arXiv:1602.03868” được định nghĩa trong <references> không được đoạn văn bản trên sử dụng.
  • Hartle, James B. (2003). Gravity: an Introduction to Einstein's General Relativity. San Francisco: Addison–Wesley. tr. 335. ISBN 0-8053-8662-9.

Liên kết ngoài

(tiếng Việt)

(tiếng Anh)

Lấy từ “https://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Quan_sát_trực_tiếp_sóng_hấp_dẫn_lần_đầu_tiên&oldid=23237447”