GW170104

GW170104 là tín hiệu sóng hấp dẫn được hai trạm của LIGO đo trực tiếp vào ngày 4 tháng 1 năm 2017. Nhóm hợp tác khoa học LIGO và Virgo đã thông báo và đăng kết quả nghiên cứu của họ trên tạp chí Physical Review Letters vào ngày 1 tháng 6 năm 2017, và đây là tín hiệu thứ ba đo được, sau GW150914 và GW151226.

Phát hiện sự kiện
Tín hiệu được đo bởi hai trạm của LIGO vào lúc 10∶11:58.6 UTC, với máy dò ở Hanford đo được tín hiệu sớm hơn 3 milli giây so với máy dò ở Livingston. Tần số sóng hấp dẫn đạt mức biến dạng cực đại trong khoảng 160 đến 199 Hz. Hai lỗ đen sáp nhập ở tín hiệu khoảng 172 Hz.

Nguồn gốc thiên văn vật lý
Phân tích cho thấy tín hiệu có nguồn gốc từ hệ hai lỗ đen có khối lượng  và  lần khối lượng Mặt Trời, chuyển động trên quỹ đạo xoắn ốc về phía nhau cuối cùng sáp nhập lại. Hệ này ước tính nằm cách Trái Đất  (hay  tỷ năm ánh sáng). Lỗ đen hình thành sau sáp nhập có khối lượng  lần khối lượng Mặt Trời, với khoảng hai lần khối lượng Mặt Trời bị chuyển đổi thành năng lượng của sóng hấp dẫn. Độ sáng cực đại của GW170104 bằng .

Hé mở về sự hình thành cặp lỗ đen
Từ dữ liệu được phân tích, các nhà vật lý nhận thấy dường như trục quay của mỗi lỗ đen không sắp hướng cùng với trục quay của mặt phẳng quỹ đạo của hệ hai lỗ đen. Xác suất để cho hai trục quay của hai lỗ đen cùng hướng theo trục quay của mặt phẳng quỹ đạo là nhỏ hơn 5%. Cấu hình này giúp mang lại thông tin về nguồn gốc sự hình thành hệ hai lỗ đen đó là chúng hình thành trong một cụm sao đông đúc như cụm sao cầu, nghĩa là từng lỗ đen hình thành từ một ngôi sao lớn trong cụm, sau đó theo thời gian do ảnh hưởng của hấp dẫn mà hai hố đen bắt cặp và quay dần quanh nhau, một điều cho kết quả trục quay của hai lỗ đen sẽ không trùng với trục quay của mặt phẳng quỹ đạo. Một lý thuyết khác giải thích cho sự hình thành hệ lỗ đen đôi đó là hai lỗ đen có nguồn gốc từ hệ hai ngôi sao lớn trong dãy chính mà trước đó đã quay quanh nhau. Tuy nhiên, các lỗ đen hình thành từ những hệ sao đôi như vậy sẽ có phương trục quay của mỗi lỗ đen trùng với phương trục quay của mặt phẳng quỹ đạo, mặc dù hướng của mỗi trục quay có thể là ngược nhau và sự không trùng phương của các trục chưa thể bác bỏ hoàn toàn kịch bản hệ hai ngôi sao tổ tiên quay quanh nhau.

Giới hạn trên của khối lượng graviton
Phân tích tín hiệu GW170104 các nhà vật lý thu được giới hạn trên của khối lượng graviton, nếu một số lý thuyết cho rằng graviton có khối lượng khác 0 trong khi thuyết tương đối rộng tiên đoán nó có khối lượng bằng 0. Bước sóng Compton của graviton ít nhất bằng , hay khoảng 1,6 năm ánh sáng, tương ứng với khối lượng của graviton không thể lớn hơn . Bước sóng Compton của sự kiện GW170104 dài hơn  bước sóng hấp dẫn của sự kiện GW170104.

Kiểm nghiệm thuyết tương đối rộng
Sử dụng tín hiệu GW170104, nhờ khoảng cách của nguồn sóng xa gấp hai lần so với các sự kiện trước (1,3 tỷ năm ánh sáng của GW150914 và 1,4 tỷ năm ánh sáng của GW151226), các nhà vật lý đã thực hiện các kiểm nghiệm liệu sóng hấp dẫn có bị tán xạ, giống như ở hiện tượng cầu vồng khi sóng điện từ bị tán sắc khi đi qua lăng kính. Kết quả là sóng hấp dẫn hầu như không bị tán xạ như khớp với dự đoán của thuyết tương đối về sóng hấp dẫn không có tính chất tán xạ.

Sử dụng các kiểm định giả thuyết không, các nhà vật lý nhận thấy số liệu thu được của tín hiệu sóng hấp dẫn trong các giai đoạn: hai lỗ đen quay quanh nhau, sáp nhập, và giai đoạn dao động tắt dần sau sáp nhập (ring down) đều khớp với dự đoán của thuyết tương đối rộng.

Xem thêm
Thiên văn sóng hấp dẫn
Danh sách quan sát sóng hấp dẫn

Chú thích

Tham khảo

Khái niệm vật lý
Khoa học năm 2017
Thuyết tương đối rộng
Khoa học và công nghệ Đức
Khoa học và công nghệ Ý
Khoa học và công nghệ Mỹ
Quan sát khoa học
Sóng hấp dẫn
Lỗ đen
Không gian năm 2017