GW170104

Quan sát trực tiếp sóng hấp dẫn lần thứ ba

GW170104 đo được bởi các trạm dò LIGO Hanford (bên trên) và Livingston.
Tên gọi khác	GW170104
Kiểu sự kiện	Sóng hấp dẫn
Thời điểm đo được
Ngày	4 tháng 1 năm 2017
Lúc	10:11:58.6 UTC
Kéo dài trong	0,1 s
Đo bởi	Hai trạm của LIGO, thời gian đến cách nhau 3ms
Tính chất vật lý
Tổng năng lượng phát ra	~ 2 M☉ × c^2 dưới dạng sóng hấp dẫn
Tần số	Từ 30 đến 350 Hz
Tốc độ sóng	bằng tốc độ ánh sáng c
Tỷ số biến dạng	hpeak ~ 0,5 x 10^-21 đo bởi LIGO
Tham số nguồn phát
Nguồn phát	Hệ hai lỗ đen hợp nhất
Khoảng cách	z ~ 0,18 (xấp xỉ 2,9 tỷ năm ánh sáng)
Khối lượng của hệ[Ct 1]
Hố đen 1	~ 31,2 M☉
Hố đen 2	~ 19,4 M☉
Hố đen cuối	~ 48,7 M☉
Tham khảo: Phys. Rev. Lett.[1]

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.^[1][2]

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.^[1] 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.^[3]

Nguồn gốc thiên văn vật lý

Phân tích cho thấy tín hiệu có nguồn gốc từ hệ hai lỗ đen có khối lượng 312+84
−60 và 194+53
−59 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 880+450
−390 megaparsec (hay 29+15
−13 tỷ năm ánh sáng). Lỗ đen hình thành sau sáp nhập có khối lượng 487+57
−46 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 31+07
−13×10⁴⁹ W.^[1][4]

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.^[1]

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 15×10¹⁶ m, hay khoảng 1,6 năm ánh sáng, tương ứng với khối lượng của graviton không thể lớn hơn 77×10⁻²³ eV/c².^[1] Bước sóng Compton của sự kiện GW170104 dài hơn 9×10⁹ 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.^[1]

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.^[1]

Xem thêm

• Thiên văn sóng hấp dẫn
• Danh sách quan sát sóng hấp dẫn

Chú thích

1. Trong hệ quy chiếu nguồn phát.

Tham khảo

1. ^ B. P. Abbott; và đồng nghiệp (ngày 1 tháng 6 năm 2017). “GW170104: Observation of a 50-Solar-Mass Binary Black Hole Coalescence at Redshift 0.2”. Physical Review Letters. LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration. 118: 221101. doi:10.1103/PhysRevLett.118.221101.
2. Overbye, Dennis (ngày 1 tháng 6 năm 2017). “Gravitational Waves Felt From Black-Hole Merger 3 Billion Light-Years Away”. New York Times. Truy cập ngày 1 tháng 6 năm 2017.
3. “LIGO observes a third gravitational wave signal”. Benjamin Knispel and Elke Müller. Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute, AEI). 1 tháng 6 năm 2017. Bản gốc lưu trữ ngày 22 tháng 6 năm 2017. Truy cập 17 tháng 6 năm 2017.
4. “LIGO Detects Gravitational Waves for Third Time: Results confirm new population of black holes”. Whitney Clavin. ligo.caltech.edu. 1 tháng 6 năm 2017. Truy cập 17 tháng 6 năm 2017.