Săn tìm sóng hấp dẫn
Những gợn lăn tăn trong trường hấp dẫn của vũ trụ gọi là sóng hấp dẫn, là tàn tích của các sự kiện khổng lồ trong thiên hà như hố đen va chạm và sao neutron sáp nhập. Chúng thậm chí có thể ghi lại tiếng vọng của vụ nổ Big Bang. Để phát hiện chúng, giới nghiên cứu cần thiết bị lớn như Đài quan sát sóng hấp dẫn bằng giao thoa kế laser (LIGO).
LIGO bao gồm hai thiết bị lớn, mỗi thiết bị có hai cánh tay dài 4 km. Các thiết bị nằm ở Washington và Louisiana, cách nhau khoảng 3.000 km. Cánh tay của chúng là giao thoa kế laser, sắp xếp theo hình chữ L. Chùm laser bị tách đôi, mỗi nửa truyền dọc một cánh tay. Ở cuối mỗi cánh tay là một loạt gương phản xạ mỗi nửa chùm laser khoảng vài trăm lần, sau đó trở về cánh tay để hợp lại.
Thông qua kiểm tra mô hình giao thoa, cánh đỉnh và rãnh của sóng ánh sáng kết hợp, nhà khoa học có thể xác định liệu gợn sóng hấp xuất có xuất hiện trong thí nghiệm hay không. Nếu có, họ có thể nghiên cứu nó chi tiết. Cánh tay càng lớn, thiết bị càng nhạy. Đó là lý do LIGO sở hữu giao thoa kế laser dài nhất từng được chế tạo.
LIGO đã phát hiện mọi khía cạnh của hiện tượng bí ẩn này từ quá trình sáp nhập giữa sao neutron và hố đen siêu nhẹ tới nhiều vụ va chạm giữa các sao neutron.
Máy gia tốc hạt lớn nhất thế giới
Để nghiên cứu vật thể rất nhỏ, các nhà khoa học đôi khi phải sử dụng thiết bị quy mô như Máy gia tốc hạt Lớn (LHC). Đây là máy gia tốc hạt lớn nhất thế giới. Vận hành bởi Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân châu Âu (CERN), cỗ máy hình tròn đường kính 27 km này có 4 máy dò mang tên ATLAS, CMS, ALICE và LHCb. Với trọng lượng 7.700 tấn, ATLAS là máy dò hạt lớn nhất từng được chế tạo. Thiết bị đo hàng loạt hạt hạ nguyên tử tạo ra khi các nhà khoa học để chùm hạt va đập với nhau ở tốc độ cao, tạo ra những vụ va chạm giúp phát sinh hạt sơ cấp chưa từng phát hiện như hạt Higgs boson.
LHC sử dụng hơn 9.000 tấn sắt ở hệ thống từ và lượng dây cáp niobium - titan đủ để căng từ Trái Đất đến Mặt Trời và ngược lại 6 lần. Đó cũng là tủ lạnh và lớn nhất trên Trái Đất do nam châm phải giữ ở nhiệt độ -271,25 độ C, lạnh hơn một chút so với không gian.
Cơ sở thu thập carbon khổng lồ
Năm 2050, con người cần loại bỏ 6 - 10 tỷ tấn carbon để tránh tiến tới ngưỡng ấm lên mà Hiệp định Paris đề ra. Dự án thu thập carbon dưới biển ở quy mô thương mại đầu tiên trên thế giới hướng tới loại bỏ carbon từ đại dương.
Trong tự nhiên, đại dương hấp thụ carbon từ không khí, nhưng nó không thể hấp thụ đủ nhanh để tạo ra khác biệt về khí hậu trong một đời người. Công ty Equatic hướng tới thúc đẩy mốc thời gian đó. Nhà máy thương mại của Equatic mất 5 phút để loại bỏ một tấn carbon bằng cách bơm nước biển, chạy dòng điện qua, sau đó để nước biển tiếp xúc với dòng khí từ khí quyển, theo giám đốc điều hành Edward Sanders của công ty. Một vùng biển tương đương mất 12 tháng để loại bỏ một tấn carbon.
Quá trình hóa học giúp loại bỏ carbon từ nước biển cũng tạo ra hydro dùng cho nhiều ngành công nghiệp và có thể đốt như nhiên liệu, giúp giảm 40% chi phí năng lượng của quá trình thu thập carbon. Sau đó, carbon được tách riêng dưới dạng bicarbonate. Điều này giúp loại bỏ carbon khỏi khí quyển tới 10.000 năm. Bicarbonate có thể đưa trở lại biển, dùng làm phân bón hoặc vật liệu xây dựng trong cải tạo vùng ven biển. Cơ sở của Equatic tại Quebec hướng tới loại bỏ 109.500 tấn carbon mỗi năm từ năm 2027.
Tìm kiếm hạt ma trên băng Nam Cực
Neutrino thường được gọi là "hạt ma" do loại hạt gần như không có khối lượng này hầu như không tương tác khi truyền qua vật chất, vì vậy chúng rất khó phát hiện. Nhưng tìm kiếm hạt neutrino từ các nguồn vũ trụ xa xôi có thể là cách để quan sát và phân tích môi trường năng lượng cao như sao xung, siêu tân tinh và hố đen, theo Albrecht Karle, phó giáo sư vật lý ở Đại học Wisconsin - Madison.
Karle là phó giám đốc khoa học và thiết bị ở Đài quan sát neutrino IceCube, cơ sở nghiên cứu đặc biệt cả về quy mô và độ hẻo lánh. IceCube bao gồm một loạt máy dò quang học trên sợi dài, chạy xuyên qua các hố khoan sâu 1.450 - 2450 m trên lớp băng Nam Cực. Khi một hạt neutrino tương tác với băng, nó tạo ra những hạt khác, phát ra chớp sáng cực nhỏ. Máy dò phát hiện ánh sáng này và có thể đo bước sóng của nó nhằm hé lộ sự tồn tại của neutrino và nguồn gốc của nó.
Dữ liệu từ IceCube cho phép các nhà khoa học lập bản đồ đầu tiên về dải Ngân Hà, sử dụng vật chất thay vì ánh sáng. Đài quan sát cũng hé lộ những tia vũ trụ năng lượng cao kỳ lạ khó giải thích. Karle và đồng nghiệp đang lên kế hoạch cho IceCube Gen-2, mở rộng đài quan sát gấp 8 lần quy mô hiện nay, với cụm máy dò vô tuyến 500 km2 để tăng cường phát hiện neutrino truyền tới. Việc mở rộng sẽ giúp tăng đáng kể độ nhạy của máy dò và phân loại tốt hơn hạt neutrino truyền qua.
Mạng lưới kính viễn vọng trải rộng gần cả thế giới
Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện (EHT) là mạng lưới kính viễn vọng vô tuyến trải rộng từ Greenland tới Nam Cực (bắc tới nam) và từ Tây Ban Nha tới Hawaii (đông sang tây). Số lượng đài quan sát chính xác trong EHT thay đổi theo thời gian (11 vào năm 2021) và nhiều kính viễn vọng mới sẽ được bổ sung trong tương lai, bao gồm một cỗ máy ở quần đảo Canary.
Những đài quan sát này kết hợp với nhau nhằm phát hiện tín hiệu vô tuyến yếu nhất gắn liền với hố đen. Kết quả cộng tác là ảnh chụp đầu tiên của hố đen, bao gồm đường nét của chân trời sự kiện, ranh giới mà không có ánh sáng hay vật chất nào có thể thoát ra. Các nhà khoa học cũng quan sát xoay tròn của hố đen ở trung tâm dải Ngân Hà và tia điện từ khổng lồ phát ra từ hố đen siêu khối lượng ở chính giữa thiên hà Perseus A.
EHT cần phải rất lớn do dựa vào khả năng quan sát vũ trụ liên tục trong 8 - 14 giờ từ vài góc, theo Black Hole Partnerships for International Research and Education, tổ chức cộng tác phát triển thuật toán mà kính viễn vọng sử dụng. Những thuật toán này cũng dựa vào vòng xoay của Trái Đất để phối hợp quan sát, cho phép các nhà nghiên cứu kết hợp hình ảnh từ nhiều kính viễn vọng.
An Khang (Theo Live Science)