Năm 2015, sự kiện GW150914 – tín hiệu sóng hấp dẫn đầu tiên được phát hiện từ vụ hợp nhất hai hố đen – đã mở ra kỷ nguyên mới cho ngành vật lý thiên văn sóng hấp dẫn.
Mười năm sau, các nhà khoa học đã công bố một tín hiệu "chị em" mang tên GW250114, với các tham số vật lý gần như tương ứng, nhưng chất lượng dữ liệu vượt trội, trong bài báo "GW250114: Testing Hawking's Area Law and the Kerr Nature of Black Holes" (GW250114: Kiểm chứng Định luật Diện tích của Stephen Hawking và bản chất Kerr của hố đen).
Nghiên cứu do mạng lưới các đài quan sát sóng hấp dẫn lớn nhất thế giới bao gồm LIGO (Mỹ) – Virgo (Ý) – KAGRA (Nhật Bản), hay mạng lưới LVK, thực hiện và mới đây đã được công bố trên tạp chí Physical Review Letters.
Tín hiệu GW250114 được hai đài quan trắc LIGO ghi nhận với tỉ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) lên tới 80, cao hơn nhiều so với những lần phát hiện trước đó. Nó được tạo ra khi hai hố đen có khối lượng xấp xỉ hơn 30 lần khối lượng Mặt Trời mỗi hố tiến lại gần, xoáy quanh nhau rồi hợp nhất thành một hố đen mới.
 |
Hình mô phỏng kính thiên văn sóng hấp dẫn đặt trên mặt đất dùng để thu nhận tín hiệu sóng hấp dẫn đến từ vũ trụ. Nguồn: KAGRA |
Chính độ "rõ nét" hiếm có của GW250114 đã cho phép các nhà khoa học tách riêng pha "rung chuông" (ringdown) của hố đen sau va chạm và đo được nhiều tần số riêng – giống như phân tích âm thanh của một chiếc chuông để biết nó làm từ chất liệu gì và cấu trúc ra sao. Bên cạnh đó, nó cho phép kiểm tra xem những tần số đó có trùng khớp với dự đoán lý thuyết về một hố đen Kerr (hố đen quay trong Thuyết tương đối rộng Einstein) hay không. Kết quả cho thấy hố đen còn lại đúng là một hố đen Kerr trong giới hạn sai số rất nhỏ. Độ "rõ nét" của GW250114 còn giúp các nhà khoa học so sánh tổng diện tích chân trời sự kiện của hai hố đen ban đầu với diện tích của hố đen cuối cùng, qua đó lần đầu kiểm chứng trực tiếp Định luật Diện tích Hawking: diện tích chân trời sự kiện (và do đó entropy của hố đen) không bao giờ giảm theo thời gian. Các phân tích độc lập đều cho thấy diện tích sau va chạm lớn hơn đáng kể so với trước đó, với độ tin cậy rất cao.
Nói cách khác, từ tín hiệu GW250114, nhân loại đã có một "thí nghiệm vũ trụ" quy mô lớn để kiểm tra những định luật sâu xa mà Stephen Hawking và Jacob Bekenstein đề xuất cách đây hơn nửa thế kỷ.
Để đi đến những kết luận mang tính "kiểm tra lý thuyết vũ trụ" này có công sức của cả một hệ sinh thái nghiên cứu toàn cầu với hàng trăm cơ quan, hàng nghìn nhà khoa học trong mạng lưới LIGO–Virgo–KAGRA. Trong đó, nhóm Nghiên cứu Vật lý Thiên văn của Viện PIAS, Đại học Phenikaa, Hà Nội, một đồng tác giả của bài báo trên Physical Review Letters, tham gia vào các mảng công việc cốt lõi của LVK như: phân tích dữ liệu sóng hấp dẫn với khối lượng tính toán khổng lồ trên các hệ thống siêu máy tính; phát triển, kiểm tra các mô hình lý thuyết mô tả tín hiệu từ các vụ hợp nhất hố đen; góp phần xây dựng những phương pháp thống kê tinh vi để trích xuất thông tin vật lý (khối lượng, spin, diện tích chân trời sự kiện...) từ dữ liệu nhiễu rất phức tạp.
Việc Viện PIAS tham gia cùng cộng đồng khoa học quốc tế trong một nghiên cứu lớn về sóng hấp dẫn để đem lại những hiểu biết quan trọng về vũ trụ hiện đại cho thấy, từ chỗ quan sát, học hỏi, giờ đây các đơn vị nghiên cứu tại Việt Nam đã có thể trực tiếp tham gia kiến tạo tri thức mới.
Tin đăng KH&PTsố 1371 (số 47/2025)
Ngọc Nhu