Một trong những mục tiêu chính của thiên văn học sóng hấp dẫn là tìm hiểu và mô tả đặc điểm các vòng quay của hố đen nhị phân - theo Vijay Varma, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ về vật lý tại Trường Nghệ thuật và Khoa học, Đại học Cornell, Mỹ.
Bằng cách đo khối lượng và tốc độ quay của hệ thống hố đen nhị phân sử dụng sóng hấp dẫn phát ra khi các vật thể hợp nhất, các nhà nghiên cứu có thể hiểu sâu về những câu hỏi lớn hơn trong vật lý thiên văn, bao gồm thuyết tương đối rộng và tuổi thọ của các ngôi sao.
Trong nghiên cứu “Vòng quay mới về hố đen nhị phân LIGO-Virgo” xuất bản trên tạp chí Physical Review Letters ngày 29.4.2021, Varma và các cộng sự đã đề xuất một phương pháp mới nghiên cứu các hố đen nhị phân bằng cách xác định từng hố đen riêng lẻ bằng vòng quay của chúng - đúng hơn là so với khối lượng của chúng - dẫn đến việc đo vòng quay được cải thiện.
Các nhà nghiên cứu đã áp dụng phương pháp mới để phân tích dữ liệu hố đen nhị phân được máy dò sóng hấp dẫn LIGO và Virgo thu thập.
Các nhà nghiên cứu viết: “Thay vì cố gắng xác định vòng quay của vật nặng nhất và nhẹ nhất trong số hai vật thể, chúng tôi suy ra các thuộc tính của vật thể có vòng quay cao nhất và thấp nhất.
Việc tái tập trung vào vòng quay của các hố đen, chứ không phải khối lượng của chúng, cho thấy tầm quan trọng mới đối với các phép đo vòng quay của các mã nhị phân mà trong đó khối lượng của hai hố đen gần bằng nhau”.
Phát hiện này có khả năng thay đổi cách các nhà khoa học nghiên cứu hố đen, cung cấp cái nhìn sâu hơn về thuyết tương đối rộng và kiến thức của chúng ta về sự tiến hóa của các ngôi sao, cùng những câu hỏi lớn khác.
Biscoveanu cho biết: “Chúng tôi nhận ra rằng, rất khó đo vòng quay của các hệ thống mà hai hố đen trong hệ nhị phân có khối lượng bằng nhau hoặc gần bằng nhau".
Nhóm nghiên cứu đã nhìn thẳng vào vòng quay của hố đen có độ xoáy cao nhất và hố đen có độ xoáy thấp nhất.
Varma và các cộng sự (tác giả chính Sylvia Biscoveanu, Maximiliano Isi và Salvatore Vitale, tất cả đều từ Viện Công nghệ Massachusetts) đã được truyền cảm hứng để theo đuổi dòng nghiên cứu này trong khi nghiên cứu dữ liệu từ GW190521 - hệ thống hố đen nhị phân được phát hiện bởi LIGO, một công cụ rất nhạy cảm để phát hiện sóng hấp dẫn từ các vật thể thiên văn, bao gồm cả hố đen.
Các nhà nghiên cứu cho biết, hệ thống này đặc biệt thú vị bởi vì nó là hệ thống lớn nhất được phát hiện cho đến nay.
“Chúng tôi đặc biệt quan tâm đến các hệ thống có vòng quay bởi vì chúng mang rất nhiều thông tin vật lý thiên văn có thể cho chúng tôi biết những hệ nhị phân này được hình thành như thế nào ngay từ đầu” - Varma nói.
Varma cho biết, các hố đen cực kỳ nặng và dày đặc, thường nặng gấp 10 đến 30 lần mặt trời, đôi khi nặng hơn, nhưng được đóng gói trong một không gian có kích thước bằng Hawaii.
Biscoveanu so sánh việc đo khối lượng và độ quay của hệ thống hố đen nhị phân với việc đo nhiệt độ và độ ngọt của hai loại nước trái cây.
“Bạn sẽ đo nhiệt độ của nước trái cây lạnh nhất mà bạn đang nếm và độ ngọt của nước trái cây ngọt nhất. Bạn sẽ không cố đo độ ngọt của loại nước trái cây lạnh nhất vì đó là một câu hỏi phức tạp, đặc biệt nếu cả hai đều có cùng nhiệt độ” - Biscoveanu nói.
Các tác giả cho biết, việc tìm hiểu về hố đen quay nhanh nhất giúp các nhà nghiên cứu tìm hiểu thêm về các hệ thống hố đen nhị phân riêng lẻ, hoặc toàn bộ quần thể các hố đen nhị phân, chẳng hạn như các hố đen được quan sát qua sóng hấp dẫn của LIGO-Virgo.
“Điều đó có ý nghĩa đối với cách các ngôi sao tiến hóa và hình thành lỗ đen. Chúng ta có thể quay lại các giai đoạn trước của quá trình tiến hóa và cố gắng tìm hiểu những bí mật của vật lý thiên văn lỗ đen”.
