Các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Vật lý Hạt tối ARC (CDM) và Đại học Tây Úc đã chế tạo một máy dò sử dụng thạch anh với khả năng thu sóng hấp dẫn tần số cao. Sóng hấp dẫn tần số cao có thể được tạo ra bởi một lỗ đen nguyên thủy hoặc một đám mây hạt vật chất tối. Các nhà khoa học tin rằng sóng hấp dẫn tần số thấp là do hai lỗ đen hình tròn tạo ra. Sau đó, các lỗ đen này hợp nhất, hoặc ngôi sao bị hút vào lỗ đen.
Mục Lục
Lỗ đen nguyên thủy và sóng hấp dẫn
Như chúng ta biết năm 2015, đài quan sát LIGO đã phát hiện sóng hấp dẫn (gravitational waves). Tín hiệu GW 150914 (14/09/2015) từ sự kết hợp của hai lỗ đen. Sau đó, người ta còn tìm được hai sóng hấp dẫn khác: GW151226 (ngày 26/12/2015); và GW170104 (ngày 4/1/2017) (xem hình 1). Các hiện tượng đó đều sinh ra từ sự kết hợp của các lỗ đen.Có khối lượng bằng khoảng từ 10 đến 30 lần khối lượng mặt trời.
Lỗ đen là kết quả co lại (collapse) của các sao vì lực hấp dẫn. Song các lỗ đen trong LIGO có khối lượng lớn hơn các lỗ đen. Do các sao co lại cho nên các nhà vật lý nghĩ rằng các tín hiệu thu được ở trên. Là do sự kết hợp của những lỗ đen nguyên thủy. Các nhà vật lý lý thuyết cho rằng những lỗ đen nguyên thủy có thể hình thành trước các sao. Trong quá trình co lại của những điểm có mật độ vật chất cao của vũ trụ nguyên thủy ngay sau vụ nổ Big Bang.
Các lỗ đen đó được gọi là lỗ đen nguyên thủy, nó có những tính chất tương tự như những lỗ đen ghi nhận được bởi LIGO. Những lỗ đen nguyên thủy hình thành từ sự co hấp dẫn của những thăng giáng mật độ cao trong vũ trụ ở thời đoạn nhỏ hơn một giây. Sự hình thành các lỗ đen nguyên thủy được Zeldovich và Novikov đưa ra vào năm 1966.
Thiết bị dò tìm sóng hấp dẫn tần số cao
Sóng hấp dẫn tần số cao có thể được tạo ra bởi một hố đen nguyên thủy hoặc đám mây hạt vật chất tối. Các nhà khoa học cho rằng, sóng hấp dẫn tần số thấp xuất hiện do hai hố đen quay tròn. Sau đó, những hố đen này sáp nhập, hoặc một ngôi sao bị hút vào hố đen. Kể từ đó, một kỷ nguyên mới của công trình nghiên cứu về sóng hấp dẫn đã bắt đầu. Song, thế hệ máy dò hiện tại có tính năng nhạy chỉ với các tín hiệu tần số thấp. Việc phát hiện sóng hấp dẫn tần số cao vẫn là khía cạnh chưa được khám phá và là thách thức trong thiên văn học.
Máy dò mới do nhóm nghiên cứu tại CDM thiết kế nhằm thu sóng hấp dẫn tần số cao. Công cụ này được chế tạo từ bộ cộng hưởng sóng âm dạng khối tinh thể thạch anh (BAW). Lõi của thiết bị là một đĩa tinh thể thạch anh có thể dao động ở tần số cao do sóng âm truyền qua bề dày của nó. Các sóng này sau đó tạo ra điện tích trên thiết bị. Điện tích có thể được phát hiện bằng cách đặt các tấm dẫn điện trên bề mặt bên ngoài của đĩa thạch anh.
>>> Truy cập vào trang idbxs.com để biết thêm nhiều thông tin về công nghệ.
Mở ra tầm nhìn mới về lĩnh vực thiên văn học sóng hấp dẫn
BAW được kết nối với một thiết bị giao thoa lượng tử siêu dẫn, được gọi là SQUID. Tổ hợp này được đặt trong nhiều tấm chắn bức xạ. Để bảo vệ khỏi các trường điện từ lạc. Chúng được làm mát ở nhiệt độ thấp. Nhờ đó, cho phép phát hiện các dao động âm năng lượng thấp của tinh thể thạch anh. Dưới dạng điện áp lớn với sự trợ giúp của bộ khuếch đại SQUID.
Chia sẻ về phát minh này, ông William Campbell – thành viên nhóm nghiên cứu; cho biết: “Với công trình này, lần đầu tiên chúng tôi đã chứng minh rằng, các thiết bị có thể được sử dụng làm máy dò sóng hấp dẫn với độ nhạy cao. Đây là một trong hai thí nghiệm đang được thực hiện trên thế giới. Nhằm tìm kiếm sóng hấp dẫn tần số cao. Chúng tôi đã có kế hoạch để mở rộng phạm vi tiếp cận đến các tần số cao hơn nữa – khía cạnh chưa được xem xét trước đây”.
Nhóm nghiên cứu nhận định, sự phát triển của công nghệ mới này có khả năng cung cấp phát hiện đầu tiên về sóng hấp dẫn ở tần số cao. Từ đó, mang lại cái nhìn mới về lĩnh vực thiên văn học sóng hấp dẫn. “Công việc tiếp theo của thí nghiệm sẽ liên quan đến xây dựng một bản sao máy dò; và máy dò muon nhạy cảm với các hạt vũ trụ. Nếu hai máy dò tìm thấy sự hiện diện của sóng hấp dẫn. Điều đó sẽ thực sự thú vị”, ông Campbell chia sẻ.