'Âm thanh cuối cùng' phát ra từ hố đen hé lộ những khám phá bất ngờ

Các nhà vật lý đã tách biệt được “âm thanh cuối cùng” của một vụ va chạm hố đen, mang đến cái nhìn chưa từng có về khu vực ngay sát chân trời sự kiện.

Các nhà khoa học đã tìm thấy bằng chứng cho thấy sóng hấp dẫn từ một vụ va chạm lỗ đen ngoạn mục mang theo tín hiệu xuất phát từ rìa của lỗ đen vừa hình thành.

hero-imagefit-limsize-1600x900v1757687645.jpg
Một vụ sáp nhập lỗ đen được phát hiện vào ngày 14/1/2025 có tên GW250114. - Minh họa: K. Thorne (Caltech) và T. Carnahan (NASA GSFC))

Trong một nghiên cứu mới, các nhà khoa học đã phân tích một sự kiện sóng hấp dẫn cực mạnh có tên GW250114. Họ đã xác định được một “sóng trực tiếp” – một đặc điểm tinh vi trong tổng thể tín hiệu sóng hấp dẫn, vốn được dự đoán bởi lý thuyết nhưng chưa từng được phát hiện trong dữ liệu thực tế trước đây.

Các tín hiệu yếu mới thu được cho thấy "sóng rung" được tạo ra vào giai đoạn cuối cùng của quá trình hợp nhất hai lỗ đen. Hầu hết các sóng này xuất phát từ quỹ đạo nhanh của chúng khi chúng xoắn ốc tiến về phía nhau, nhưng các sóng hấp dẫn yếu hơn cũng được tạo ra trong vài mili giây sau khi chúng va chạm.

6mn6k7exmjmcxmosfq3cdq-1280-80jpg.jpg
Hình minh họa một lỗ đen, với một đĩa bồi tụ sáng rực bao quanh chân trời sự kiện của nó — điểm không thể quay lại, nơi ánh sáng không thể thoát ra.

Các nhà thiên văn học đã có thể quan sát được đặc điểm cộng hưởng này xuyên qua nhiễu của các sóng lớn hơn. Quan sát của họ đã tiết lộ hai điều.

Một: Lỗ đen là những vật thể đơn giản như Einstein đã dự đoán. Hai: Hawking đã đúng về lỗ đen và entropy.

Các lý thuyết của Einstein dự đoán rằng lỗ đen là những vật thể "về cơ bản rất đơn giản" có thể được mô tả bằng toán học chỉ bằng khối lượng và độ tự quay của chúng. Những quan sát này, xem xét hai lỗ đen "trước" và một lỗ đen "sau", lần đầu tiên xác nhận dự đoán này bằng thực nghiệm.

Còn theo định lý diện tích của Hawking, diện tích của một lỗ đen chỉ có thể tăng lên do các quá trình cổ điển—va chạm giữa hai lỗ đen là một ví dụ hoàn hảo. Tín hiệu rung cho thấy dự đoán đúng với va chạm cụ thể này.

Theo đồng tác giả nghiên cứu, Sizheng Ma - nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Viện Vật lý Lý thuyết Perimeter (Canada), tín hiệu vừa được xác định này mang đến một cái nhìn hiếm hoi về những gì xảy ra ngay sau khi hai lỗ đen va chạm.

“Khi hai lỗ đen hợp nhất, chúng làm rung chuyển mạnh mẽ chính không- thời gian,” Ma chia sẻ với Live Science. “Trong khoảnh khắc ngắn ngủi, khu vực rất gần chân trời của lỗ đen mới hình thành bị cuốn vào một vòng xoáy nhanh rồi dần tan biến.”

images-1fillsize-670x377v1757623423.jpg
Khi hai lỗ đen hợp nhất, chúng giải phóng sóng hấp dẫn — những gợn sóng trong cấu trúc không thời gian — lan tỏa khắp vũ trụ. (Nguồn ảnh: K. Thorne (Caltech) và T. Carnahan (NASA GSFC)

Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng phát hiện này không tiết lộ những gì nằm bên trong lỗ đen. Thay vào đó, họ cung cấp một công cụ quan sát mới để nghiên cứu khu vực ngay bên ngoài.

TS Ma tin rằng phương pháp này cuối cùng có thể hữu ích để khám phá các ý tưởng như hấp dẫn lượng tử – nỗ lực kết hợp thuyết hấp dẫn của Einstein với cơ học lượng tử – hoặc nghịch lý thông tin lỗ đen, câu hỏi lâu dài về việc liệu thông tin rơi vào lỗ đen có thực sự bị mất hay không.

Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng phát hiện này dựa trên một sự kiện sóng hấp dẫn duy nhất. Dù GW250114 cung cấp điều kiện đặc biệt thuận lợi, bằng chứng mạnh mẽ hơn chỉ xuất hiện nếu các tín hiệu tương tự được tìm thấy trong nhiều vụ hợp nhất lỗ đen khác.

Mô phỏng tái hiện sóng hấp dẫn phát ra từ vụ sáp nhập 2 hố đen GW250114.

Hố đen nặng gấp 4 triệu Mặt Trời đang nằm ngay giữa thiên hà của chúng ta

Cách Trái Đất khoảng 27.000 năm ánh sáng, một "quái vật vô hình" đang lặng lẽ thống trị trung tâm Dải Ngân Hà bằng lực hấp dẫn khổng lồ.

Ở chính giữa thiên hà mà Hệ Mặt Trời đang cư ngụ tồn tại một hố đen siêu khối lượng mang tên Sagittarius A* (đọc là "Sagittarius A-star", viết tắt là Sgr A*). Dù không thể quan sát trực tiếp bằng kính thiên văn thông thường, đây được xem là "trái tim" của Dải Ngân Hà, nơi lực hấp dẫn mạnh đến mức chi phối chuyển động của hàng triệu ngôi sao trong vùng trung tâm.

Cơ hội có 1-0-2 để quan sát vụ hợp nhất hố đen siêu khổng lồ

Cách Trái đất 500 triệu năm ánh sáng, một hố đen siêu khối lượng đang hợp nhất với hố đen khác, quá trình hợp nhất này có thể hoàn tất trong vòng một thế kỷ.

Một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Monthly Notices of the Royal Astronomical Society cho thấy, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra một cặp lỗ đen siêu khối lượng đang xoắn ốc tiến lại gần nhau và sắp va chạm dữ dội.

Các lỗ đen siêu khối lượng thường có khối lượng gấp hàng trăm triệu đến hàng tỷ lần khối lượng của Mặt Trời. Sự hợp nhất của các lỗ đen không phải là hiếm gặp trên quy mô vũ trụ, nhưng những hệ thống như thế này, đang trong giai đoạn xoắn ốc cuối cùng và sắp va chạm, lại cực kỳ hiếm. Quan trọng hơn, đây sẽ là lần đầu tiên trong lịch sử loài người chúng ta có cơ hội quan sát một vụ hợp nhất lỗ đen siêu khối lượng khổng lồ đến như vậy.

Phát hiện cặp hố đen siêu khối lượng sẽ va chạm nhau trong 1 thế kỷ tới

Theo các chuyên gia, một cặp hố đen siêu khối lượng đang quay quanh nhau tại trung tâm của thiên hà Markarian 501 sẽ va chạm nhau trong 100 năm tới.

Các nhà nghiên cứu vừa thông báo về việc tìm thấy bằng chứng thuyết phục về một cặp hố đen siêu khối lượng đang quay quanh nhau tại trung tâm của một thiên hà xa xôi. Hai hố đen này dự kiến sẽ xảy ra va chạm trong vòng 100 năm tới. Vụ việc này sẽ tạo ra một vụ nổ sóng hấp dẫn khổng lồ có khả năng làm rung chuyển cả không thời gian.

Đây có thể là lần đầu tiên một cặp lỗ đen sắp hợp nhất được phát hiện. Điều này mang lại cơ hội lớn cho giới nghiên cứu hiểu rõ hơn về quá trình trung tâm trong sự tiến hóa của thiên hà.

Đọc nhiều nhất

Tin mới