Các nhà nghiên cứu từ Đại học Southampton, cùng với các đồng nghiệp từ trường Đại học Cambridge và Barcelona, đã chứng minh về mặt lý thuyết các hố đen có thể tồn tại theo cặp – được giữ ở trạng thái cân bằng bởi một lực vũ trụ – tương tự một hố đen duy nhất.
Hố đen là những vật thể thiên văn khổng lồ có lực hấp dẫn mạnh đến mức không có gì, không hạt vật chất hay cả bức xạ điện từ như ánh sáng có thể thoát khỏi nó. Chúng là vật thể cực kỳ dày đặc với lực hấp dẫn mạnh. Một hố đen có thể nuốt chửng khối lượng của Trái đất vào một không gian có kích thước bằng hạt đậu.
Lý thuyết về hố đen Vũ trụ
Từ thế kỷ 18, các nhà khoa học đã đặt ra câu hỏi liệu có vật thể nào trong vũ trụ có khả năng chịu lực hấp dẫn mạnh đến mức ánh sáng không thể nào thoát ra ngoài.
Năm 1915, trong lý thuyết tương đối rộng, Einstein đã đặt vấn đề rằng không gian và thời gian có thể bị biến dạng bởi lực hấp dẫn. Tuy nhiên, Einstein không tin vào sự tồn tại của hố đen. Sau đó, các nhà khoa học đã phải tốn thêm 50 năm nữa để chứng minh hố đen là có thật.
Năm 1965, nhà khoa học Penrose đã chứng minh rằng các hố đen có thể hình thành từ tâm của hố đen, nơi mà thời gian và không gian không tồn tại. Phát hiện của ông đã giành được giải Nobel sau 55 năm, ở tuổi 89.
Sau phát hiện của Penrose, các nhà khoa học tiếp tục tìm kiếm một hố đen bằng cách tập trung vào các đám mây bụi trong Dải ngân hà được gọi là Nhân mã A. Hai nhóm nghiên cứu độc lập do ông Genzel và bà Ghez dẫn đầu đã sử dụng kính thiên văn lớn nhất thế giới để quan sát cách các ngôi sao quay quanh quỹ đạo. Sau đó, họ đưa ra kết luận rằng 4 triệu khối lượng mặt trời được tích tụ trong một khu vực có kích thước bằng hệ mặt trời.
Tom McLeish, giáo sư Triết học tự nhiên tại Đại học York (Anh), đánh giá: “Penrose, Genzel và Ghez đã cùng nhau cho thấy các hố đen rất siêu phàm về mặt toán học và thực sự tồn tại.”
Vật lý là môn khoa học thứ 2 được trao giải Nobel trong năm nay. Trước đó, giải thưởng Nobel Y học đã được trao cho 3 nhà khoa học vì đã phát hiện ra bệnh viêm gan C.
Các lý thuyết thông thường về hố đen dựa trên thuyết Tương đối rộng của Einstein, thường giải thích cách các hố đen tĩnh hay tự quay có thể tự tồn tại, cô lập trong không gian. Các hố đen theo cặp sẽ bị cản trở bởi lực hấp dẫn mà va chạm với nhau.
Tuy nhiên, điều này đúng nếu người ta cho rằng Vũ trụ đang đứng yên. Nhưng nếu còn một thứ luôn chuyển động thì sao? Liệu các cặp hố đen có thể tồn tại trong một Vũ trụ ngày càng mở rộng và có thể hợp thành một?
“Mô hình tiêu chuẩn của Vũ trụ học giả định rằng Vụ nổ lớn đã khiến Vũ trụ khởi sinh và tồn tại vào khoảng 9,8 tỷ năm trước, nó bị thống trị bởi một lực bí ẩn, gọi là ‘năng lượng tối’, làm tăng tốc độ giãn nở của Vũ trụ với mật độ không đổi,” theo Giáo sư Oscar Dias của Đại học Southampton.
Các nhà khoa học gọi lực bí ẩn này là “hằng số vũ trụ”. Trong một Vũ trụ được giải thích bằng lý thuyết của Einstein với hằng số vũ trụ. Điều này chuyển mục tiêu lý thuyết về cách các hố đen có thể tương tác và tồn tại cùng nhau.
Thông qua các phương pháp số phức tạp, nhóm nghiên cứu thực hiện nghiên cứu mới nhất này cho thấy hai hố đen tĩnh (không quay) có thể tồn tại ở trạng thái cân bằng – lực hấp dẫn của chúng được bù đắp bằng sự giãn nở liên quan đến hằng số vũ trụ. Ngay cả tốc độ giãn nở của Vũ trụ ngày càng mở rộng, các hố đen vẫn ở cách nhau một khoảng cách cố định. Dù sự giãn nở cố gắng kéo chúng ra xa nhau đến mấy thì lực hấp dẫn cũng sẽ bù đắp lại.
Giáo sư Dias nhận xét: “Nhìn từ xa, một cặp hố đen có lực hút bị bù đắp bởi sự giãn nở của Vũ trụ sẽ trông giống như một hố đen đơn lẻ. Có thể khó phát hiện đó là một hố đen đơn lẻ hay một cặp hố đen”.
Giáo sư Jorge Santos của Đại học Cambridge cho biết thêm: “Lý thuyết của chúng tôi đã được chứng minh cho một cặp hố đen tĩnh, nhưng chúng tôi tin rằng nó cũng có thể được áp dụng cho những hố đen quay. Ngoài ra, giải pháp của chúng tôi cũng có thể đúng với ba hoặc thậm chí bốn hố đen, mở ra vô số khả năng.”
Nghiên cứu này được thực hiện bởi Giáo sư Oscar Dias (Đại học Southampton), Giáo sư Gary Gibbons (Đại học Cambridge), Giáo sư Jorge Santos (Đại học Cambridge) và Tiến sĩ Benson Way (Đại học Barcelona). Bài báo ‘Static Black Binaries in de Sitter Space’ của họ được xuất bản trên tạp chí Physical Review Letters và được đánh giá dưới dạng một bài báo Viewpoint.
Hội Thiên văn Hà Nội (HAS)
Dịch và biên tập: Lý Sơn
