Phát hiện ra vụ va chạm hố đen mạnh nhất kể từ sau vụ Big Bang

Các nhà thiên văn học cho biết họ vừa phát hiện ra dấu hiệu của một vụ va chạm khủng khiếp giữa hai hố đen khiến chúng nhập làm một, có kích thước lớn chưa từng có từ trước tới nay.

Mô phỏng một vụ sáp nhập hố đen nhị tố GW190521.

Các hố đen xưa nay vẫn luôn chứa đựng những điều bí ẩn, ngay cả với các nhà thiên văn học. Mới đây, các nhà khoa học vũ trụ đã tìm thấy bằng chứng của một vụ va chạm cực mạnh đã xảy ra từ rất lâu giữa hai hố đen mà kết quả là sự hình thành của một hố đen siêu khổng lồ. Giáo sư vật lý toán học người Mỹ, ông Alan Weinstein, một thành viên của nhóm nghiên cứu, cho biết đây là vụ nổ lớn nhất mà con người quan sát được kể từ sau vụ Big Bang.

Hố đen là những vùng không gian đậm đặc đến nỗi ngay cả ánh sáng cũng không thể trốn thoát. Cho đến nay, các nhà thiên văn học mới chỉ quan sát thấy các hố đen thuộc hai kích thước. Đó là các hố đen “nhỏ”, hay chính là những hố đen sao. Chúng hình thành khi một ngôi sao chết đi và có kích thước tương đương một thành phố nhỏ. Loại thứ hai là hố đen siêu khối lượng. Những hố đen này nặng gấp hàng triệu, thậm chí hàng tỷ lần Mặt Trời của chúng ta và quay quanh chúng là các thiên hà.

Theo tính toán của các nhà thiên văn học, bất cứ thứ gì nằm ở giữa hai loại hố đen nói trên đều không có ý nghĩa, bởi vì các ngôi sao trở nên quá lớn trước khi chúng chết đi sẽ tự tiêu hủy và không trở thành hố đen được.

Theo nhà vật lý học Nelson Christensen – Giám đốc Nghiên cứu của Trung tâm quốc gia Nghiên cứu khoa học Pháp – thì một ngôi sao chết đi không thể tạo ra những hố đen lớn hơn 70 lần so với khối lượng của Mặt Trời. Đây cũng là nhận định của nhiều nhà khoa học khác.

Vào tháng 5/2019, các nhà khoa học phát hiện ra một tín hiệu mà sau đó được xác định là năng lượng của hai hố đen sao va chạm và nhập thành một. Một trong hai hố đen này nặng gấp 66 lần Mặt Trời và hố kia nặng gấp 85 lần Mặt Trời. Và kết quả cuối cùng là lần đầu tiên các nhà khoa học phát hiện ra một hố đen kích thước trung bình, nặng gấp 142 lần Mặt Trời của chúng ta.

Vụ va chạm này đã làm mất đi một lượng năng lượng khổng lồ dưới dạng sóng trọng lực, một đợt sóng nhỏ trong vũ trụ di chuyển với vận tốc ánh sáng. Chính đợt sóng này đã được các nhà vật lý học ở Mỹ và châu Âu ghi nhận vào năm ngoái, nhờ máy dò LIGO và Virgo. Hai máy dò này đã giúp các nhà khoa học phát hiện ra các sóng trọng lực dưới dạng tín hiệu audio, nhờ đó họ đã thực sự nghe thấy được vụ nổ, cho dù tín hiệu chỉ kéo dài 1/10 giây.

Vụ va chạm này xảy ra cách đây khoảng 7 tỷ năm, khi vũ trụ mới được khoảng nửa quãng đời tính cho đến nay, nhưng đến tận bây giờ chúng ta mới phát hiện được bởi vì nó ở một khoảng cách xa vô cùng.

Trước đây các nhà khoa học đã từng quan sát thấy các vụ va chạm giữa các hố đen, nhưng chỉ là những hố đen có kích thước nhỏ và ngay cả sau khi sáp nhập vào nhau thì hố đen mới cũng không lớn hơn các hố đen sao thông thường.

Các nhà khoa học không biết các hố đen siêu khối lượng ở trung tâm các thiên hà hình thành như thế nào, nhưng khám phá lần này có thể sẽ đem đến nhiều thông tin hữu ích. Nhà thiên văn học của Trường đại học Havard, ông Avi Loeb cho rằng có thể giống như trò chơi Lego, các khối nhỏ kết hợp tạo thành các khối lớn và các khối lớn lại tạo nên các khối lớn hơn. Giáo sư Weinstein và Giáo sư Christensen cũng đồng quan điểm rằng hai hố đen lớn trong vụ va chạm mà chúng ta vừa phát hiện ra có thể đã từng là kết quả của hai vụ va chạm và sáp nhập của các hố đen khác trước kia.

Nhà thiên văn học Janna Levin ở Trường đại học Barnard, Mỹ, nói rằng “hoàn toàn có thể hiểu được nếu nói cặp đôi hố đen này trước kia hình thành không hề giống nhau, có thể là trong một môi trường đậm đặc với rất nhiều các ngôi sao chết lướt qua nhau với tốc độ cực nhanh khiến cho một hố đen va chạm vào một hố đen khác khi chúng bay qua nhau”.

Mặt khác, các nhà khoa học không thể giải thích rõ các hố đen sáp nhập vào nhau và khi chúng bay trong vũ trụ thì sẽ gặp vô số các hố đen khác và tiếp tục sáp nhập thêm rồi trở nên vô cùng to lớn ra sao. Thay vào đó, có thể là những hố đen siêu khối lượng đã được hình thành ngay lập tức sau vụ nổ Big Bang. “Trong vật lý vũ trụ, chúng ta luôn gặp những điều bất ngờ” – Giáo sư Weinstein kết luận.