Lực hấp dẫn, một trong bốn loại lực cơ bản của tự nhiên, có tác dụng cố định trong toàn vũ trụ, theo một nghiên cứu kéo dài nhiều thập kỷ về các pulsar ở khoảng cách lớn. Nghiên cứu đã giúp trả lời cho câu hỏi đã tồn tại từ lâu của vũ trụ học: Liệu lực hấp dẫn có là luôn như nhau? Câu trả lời đã được tìm thấy ngày nay là: Có!

Các nhà thiên văn học sử dụng kính thiên văn Green Bank (GBT) tại Tây Virginia và Đài quan sát Arecibo ở Puerto Rico của Quỹ khoa học quốc gia (Mỹ) đã tiến hành một nghiên cứu 21 năm để đo chính xác những dao động thu được từ pulsar PSR J1713+0747. Nghiên cứu tỉ mỉ và cần mẫn này mang tới kết quả cao nhất về giá trị của hằng số hấp dẫn đo được bên ngoài Hệ Mặt Trời của chúng ta.

Pulsar (hay sao neutron) là những thiên thể tự quay rất nhanh, chúng là phần còn lại của các sao nặng sau những vụ nổ supernova. Chúng được phát hiện từ Trái Đất bởi những dòng sóng vô tuyến phát ra từ các cực từ và truyền qua không gian khi pulsar quay. Các pulsar đều rất nặng và đặc. Chúng có kích thước nhỏ, có thể đường kính chỉ 20 đến 25km. Chính vì vậy chúng có thể duy trì tốc độ quay rất chính xác, đến mức có thể sánh ngang với các đồng hồ nguyên tử hiện đại nhất ở Trái Đất. Điều này khiến pulsar trở thành những phòng thí nghiệm vũ trụ cho phép nghiên cứu những tính chất cơ bản của không gian, thời gian và hấp dẫn.

Pulsar đặc biệt được nghiên cứu nêu trên nằm cách Trái Đất 3.750 năm ánh sáng. Nó có một bạn đồng hành chuyển động quanh nhau là một sao lùn trắng. Nó là một trong những pulsar phát xạ mạnh nhất và ổn định nhất từng được biết tới. Các nghiên cứu trước đây cho thấy pulsar này cần khoảng 68 ngày để hoàn thành quỹ đạo quanh sao lùn trắng đồng hành, điều đó có nghĩa là chúng chuyển động trên một quỹ đạo rộng khác thường. Khoảng cách đủ xa của hai thiên thể này là cần thiết để nghiên cứu về lực hấp dẫn vì hiệu ứng của bức xạ hấp dẫn - sự chuyển đổi ổn định của vận tốc quĩ đạo lên sóng hấp dẫn như dự đoán của Einstein - là cực kì nhỏ và có tác động không đáng kể lên quĩ đạo của pulsar. Một thay đổi rõ ràng hơn của quĩ đạo sẽ mang lại nhiều bất ngờ hơn cho độ chính xác của thí nghiệm.

"Sự nhất quán kì lạ của tàn dư sao này cung cấp bằng chứng cho việc lực hấp dẫn - chữ G lớn của vật lý - là ổn định xuyên suốt không gian," Weiwei Zhu, nhà thiên văn học từng làm việc tại Đại học British Columbia, Canada đồng thời là tác giả chính của nghiên cứu đã công bố trên Tạp chí Vật lý thiên văn cho biết. "Đây là một quan sát có ý nghĩa lớn trong vũ trụ học cũng như về các lực cơ bản trong vật lý."

"Hấp dẫn là loại tương tác giữ cho các ngôi sao, các hành tinh và thiên hà ở vị trí của nó," cho biết của Scott Ransom, nhà thiên văn học làm việc ở đài quan sát thiên văn vô tuyến tại Charlottesville, Va, "Mặc dù nó tỏ ra là cố định và phổ quát trên Trái Đất, vẫn có những giả thuyết vũ trụ học cho rằng lực hấp dẫn có thể thay đổi theo thời gian hoặc có khác biệt ở những nơi khác nhau trong vũ trụ."

Dữ liệu thu được trong toàn bộ nghiên cứu nhiều năm này xác nhận rằng hằng số hấp dẫn là bất biến ở các hệ sao xa xôi trong vũ trụ. Nghiên cứu có liên quan trước đây trong Hệ Mặt Trời, trong đó sử dụng laser để xác định khoảng cách chính xác giữa Trái Đất và Mặt Trăng cũng cho thấy sự nhất quán này.

Ingrid Stairs, đồng tác giả của nghiên cứu đang làm việc tại đại học British Columbia, nói: "Những kết quả này - cả cũ và mới - cho phép chúng tôi loại trừ một cách chắc chắn việc có những thời điểm hay vị trí đặc biệt mà hấp dẫn thể hiện những hành vì khác. Các lý thuyết về lực hấp dẫn khác với thuyết tương đối rộng thường đưa ra những dự đoán như vậy, và bây giờ chúng tôi đã đặt ra những hạn chế mới cho mô tả của các thuyết đó."

Zhu kết luận: "Hằng số hấp dẫn là một hằng số cơ bản của vật lý, do vậy việc kiểm tra giả định về sự thay đổi của nó theo không gian, thời gian hay các điều kiện hấp dẫn là rất quan trọng. Thực tế chúng tôi đã thấy lực hấp dẫn hành xử như nhau trong Hệ Mặt Trời của chúng ta cũng như ở một hệ sao rất xa, điều đó xác minh rằng hằng số hấp dẫn là hoàn toàn phổ quát."