Bí ẩn trong vụ va chạm hố đen lớn nhất từng được ghi nhận

[pizza]

Theo một nghiên cứu mới công bố, vụ va chạm giữa hai hố đen với mỗi hố đen có khối lượng gấp hàng trăm lần khối lượng Mặt Trời, vừa được ghi nhận là vụ hợp nhất hố đen lớn nhất từ trước đến nay.
Sự kiện này có tên là GW231123, được phát hiện bởi nhóm các nhà thiên văn học khi Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế laser (LIGO) - gồm hai thiết bị giống hệt nhau đặt tại Livingston (Louisiana) và Hanford (Washington), quan sát thấy những gợn sóng mờ nhạt trong không - thời gian sinh ra từ vụ va chạm giữa hai hố đen. Các nhà vật lý gọi những gợn sóng này là sóng hấp dẫn.

Sóng hấp dẫn từng được Albert Einstein dự đoán vào năm 1915 trong thuyết tương đối rộng nhưng ông cho rằng chúng quá yếu nên các công nghệ của con người chưa thể phát hiện. Tuy nhiên, đến năm 2016, LIGO lần đầu tiên ghi nhận được chúng trong một vụ va chạm giữa hai hố đen, qua đó một lần nữa khẳng định dự đoán của Einstein. Vào năm tiếp theo, 3 nhà khoa học đã được trao giải vì những đóng góp quan trọng trong việc phát triển “kính thiên văn hố đen”.

Kể từ lần phát hiện đầu tiên, LIGO cùng các thiết bị đồng hành, gồm Virgo ở Ý và KAGRA ở Nhật Bản, đã ghi nhận khoảng 300 vụ hợp nhất hố đen.

“Những thiết bị này thực sự là các công cụ đo lường nhạy nhất mà con người từng chế tạo", Giáo sư Mark Hannam - Giám đốc Viện Khám phá Lực hấp dẫn tại Đại học Cardiff (Anh), đồng thời là thành viên của cộng tác khoa học LIGO – cho biết.

Tuy nhiên, GW231123 là trường hợp đặc biệt trong số hơn 300 vụ hợp nhất đã được ghi nhận, không chỉ vì quy mô khổng lồ của vụ va chạm.

“Các hố đen riêng lẻ này đặc biệt bởi chúng có khối lượng nằm trong khoảng mà chúng tôi không nghĩ rằng chúng được tạo ra từ cái chết của các ngôi sao", Tiến sĩ Charlie Hoy, nhà nghiên cứu tại Đại học Plymouth (Anh) và cũng là thành viên của LIGO cho biết. Theo ông: “Chưa dừng lại ở đó, hai hố đen này còn có khả năng quay gần như với tốc độ tối đa cho phép về mặt vật lý. GW231123 đặt ra một thách thức lớn đối với hiểu biết hiện tại của chúng ta về quá trình hình thành hố đen".

Theo thuyết tương đối rộng của Einstein, lực hấp dẫn là sự uốn cong của không - thời gian, buộc các vật thể phải di chuyển theo những đường cong trong không gian. Khi các vật thể chuyển động nhanh như các hố đen đang quay, chúng tạo ra các gợn sóng lan truyền ra ngoài như sóng trên mặt nước.

Tuy nhiên, theo chuyên gia Hannam, những sóng hấp dẫn này lại “vô cùng yếu” và các nhà khoa học đang gặp hạn chế về những thông tin chúng có thể cung cấp. Chẳng hạn, hiện vẫn chưa xác định được chính xác khoảng cách của GW231123 so với Trái Đất, nó có thể cách chúng ta tới 12 tỷ năm ánh sáng. Tuy vậy, nhà khoa học Hannam cho biết nhóm nghiên cứu tự tin về khối lượng của hai hố đen, được ước tính lần lượt là gấp khoảng 100 và 140 lần khối lượng Mặt Trời.

Những con số này đã khiến giới khoa học bối rối.

“Có những cơ chế tiêu chuẩn hình thành hố đen, đó là khi một ngôi sao cạn nhiên liệu, chết và sụp xuống. Nhưng có một khoảng khối lượng mà chúng tôi cho rằng không thể hình thành hố đen theo cách đó và các hố đen trong GW231123 lại nằm chính giữa khoảng khối lượng đó. Do đó, câu hỏi đặt ra là chúng được hình thành bằng cách nào? Điều đó khiến chúng trở nên vô cùng thú vị", Giáo sư Hannam giải thích.

Khoảng trống khối lượng mà Giáo sư Hannam nhắc đến kéo dài từ khoảng 60 đến 130 lần khối lượng Mặt Trời. Tuy nhiên, đây là một khoảng lý thuyết chưa được quan sát trực tiếp nên vẫn còn nhiều điều chưa chắc chắn về ranh giới cụ thể. Nếu hai hố đen từ GW231123 thực sự nằm trong vùng này, rất có thể chúng không hình thành từ sự sụp xuống của một ngôi sao mà từ một cơ chế khác.

Một đặc điểm đáng chú ý khác của GW231123 là tốc độ quay quanh nhau cực kỳ nhanh của hai hố đen.

“Cho đến nay, phần lớn các hố đen mà chúng tôi phát hiện thông qua sóng hấp dẫn đều quay tương đối chậm. Điều này cho thấy GW231123 có thể được hình thành theo một cơ chế khác so với các vụ hợp nhất từng quan sát trước đó, hoặc cũng có thể là dấu hiệu cho thấy các mô hình hiện tại của chúng ta cần được điều chỉnh", Tiến sĩ Charlie Hoy cho biết.

Theo Giáo sư Mark Hannam, tốc độ quay nhanh như vậy rất khó hình thành trong điều kiện thông thường nhưng lại củng cố giả thuyết rằng hai hố đen trong sự kiện này có thể đã trải qua những vụ hợp nhất trước đó vì hố đen từng hợp nhất thường có xu hướng quay nhanh hơn.

VietBF@ sưu tập