Sử dụng dữ liệu về lỗ đen 83
SMBHs cách chúng ta 13,05 tỉ năm ánh sáng được phát hiện qua Kính viễn
vọng Subaru đặt tại Hawaii - Mỹ, nhóm nghiên cứu từ Đại học Western
(Canada) đã tìm ra những bằng chứng về cách ra đời khác thường của lỗ đen chỉ tồn tại trong buổi bình minh vũ trụ.
 |
Mô phỏng về "quái vật" sơ khai của vũ trụ - ảnh do nhóm nghiên cứu cung cấp
|
Khoảng cách này đồng nghĩa với việc những
gì quan sát được đã xảy ra tận hơn 13 tỉ năm trước nhưng đến tận bây
giờ, ánh sáng từ nó mới đi được đến đôi mắt người trái đất và tạo ra
hình ảnh chúng ta thấy. Thời điểm đó, vũ trụ còn trong giai đoạn sơ
khai. Vì vậy, lỗ đen siêu khối 83 SMBHs
chính là một trong những vật thể đầu tiên được sinh ra trong vũ trụ. Nó
có khối lượng lên tới 800 triệu mặt trời và đã hình thành hoàn toàn lúc
690 triệu năm sau vụ nổ Big Bang.
Trước đây, các lý thuyết cho rằng lỗ đen được hình thành khi một
ngôi sao siêu lớn sụp đổ. Tuy nhiên, với lỗ đen siêu khối cổ xưa này,
các nhà khoa học phát hiện ra rằng không hề có một ngôi sao nào chết đi
và sinh ra nó. Lỗ đen này xuất hiện sau một sự "sụp đổ trực tiếp", tức
nó và nhiều lỗ đen đồng trang lứa khác dường như sinh ra từ hư không
trong khoảng 800 triệu năm đầu tiên sau vụ nổ Big Bang.
Lỗ đen siêu khối chính là thứ mà giới yêu thiên văn gọi là các lỗ
đen "quái vật", chỉ những lỗ đen cực to với nguồn năng lượng cực mạnh.
Tuy nhiên, thế hệ "quái vật" sơ khai này đã ngừng tăng trưởng sau
một thời gian hoành hành. Theo giáo sư vật lý thiên văn Shantanu Basu,
một trong các tác giả, họ đã phát triển một mô hình toán học và tìm ra
lời giải: giới hạn Eddington. Đó là khi vũ trụ đông đúc thêm, bức xạ từ
các ngôi sao và lỗ đen khác dần ảnh hưởng và chế ngự được những "quái
vật" cổ xưa.
Nghiên cứu vừa công bố trên tạp chí khoa học Astrophysical Journal Letters.
Theo A.Thư/Người Lao Động
Lỗ đen - con quái thú hung tợn nhất vũ trụ
Lỗ đen thường được miêu tả
như những kẻ hủy diệt toàn năng luôn tóm lấy và nghiền nát mọi thứ xung
quanh. Nhưng thật may mắn cho vũ trụ nói chung, điều này không hoàn toàn
đúng.
Lỗ đen làm dấy lên vô vàn tò mò cũng như bối rối cho các nhà
khoa học. Khái niệm này nảy sinh từ những phương trình trong thuyết
tương đối rộng của Eistein nhưng mãi gần đây mới thu hút được sự quan
tâm đặc biệt.
Lỗ đen thường được miêu tả như những kẻ hủy diệt
toàn năng luôn tóm lấy và nghiền nát mọi thứ xung quanh. Nhưng thật may
mắn cho vũ trụ nói chung, điều này không hoàn toàn đúng.
Lỗ đen: Một sức hút không thể thoát được
Lỗ đen luôn có sức hấp dẫn đặc biệt với giới khoa học và cả công chúng.
Những con quái vật vô hình này thi thoảng lại xé toạc các ngôi sao và
làm vương vãi phần tàn dư ra không gian xung quanh. Nhưng lỗ đen ra đời
từ đâu và bằng cách nào? Điều gì tạo nên khả năng hủy diệt ghê gớm đó?
Trước khi bàn tới những câu hỏi trên, chúng ta phải giải đáp điều cơ bản
nhất: Lỗ đen là gì?
Về
căn bản, đó là một vật hay một điểm trong không gian mà lực hấp dẫn
mạnh đến mức không gì thoát ra được. Hãy tưởng tượng xác của một ngôi
sao đậm đặc đến mức chọc thủng cả kết cấu không - thời gian, ngấu nghiến
bất kỳ vật chất nào dám bén mảng tới quá gần. Ngay cả thứ nhanh nhất vũ
trụ là ánh sáng cũng phải chịu chung số phận.
Chính vì không có
tia sáng nào từ bề mặt nó tới được với quan sát viên bên ngoài nên “lỗ”
này mới được coi là “đen”. Thậm chí cả trí tò mò của nhân loại cũng
không thể thoát được sức hút của lỗ đen, nên các nhà khoa học mới sẵn
sàng bỏ bao công sức để tìm hiểu nó.
Những tiên đoán lý thuyết về lỗ đen
Vì
sức hủy diệt của lỗ đen tới từ lực hấp dẫn cực mạnh của nó nên sẽ thật
thiếu sót nếu nói về lỗ đen mà không đề cập tới lực hấp dẫn. Đây là lực
được phát hiện sớm nhất trong bốn lực cơ bản của tự nhiên, là lực làm
cho các vật có trọng lượng. Và nhà vật lý vĩ đại Isaac Newton là người
đầu tiên đưa ra công thức để lượng hóa nó trong Định luật vạn vật hấp
dẫn.
Theo Newton, lực hấp dẫn là lực hút hai vật về phía nhau,
khiến quả táo rơi xuống đất và làm các hành tinh quay quanh mặt trời.
Một vật có khối lượng càng lớn thì lực hấp dẫn càng mạnh.
 |
| Albert Einstein công bố thuyết tương đối rộng, tiên đoán về sự tồn tại của lỗ đen. |
Tuy
nhiên, Albert Einstein lại không đồng ý với cách diễn giải này của
Newton. Einstein thậm chí còn không coi “hấp dẫn” là một “lực”. Ông xem
nó là sự uốn cong của bản thân không - thời gian. Một thiên thể nặng cỡ
mặt trời của chúng ta sẽ tạo ra vùng trũng trong không - thời gian quanh
nó, và chuyển động tự nhiên của Trái đất là do di chuyển quanh không
gian bị cong xuống ấy.
Einstein đã công bố Thuyết tương đối rộng
với thế giới trong một loạt bài giảng ở Berlin vào tháng 11/1915, và
chính thuyết này đã tiên đoán về sự tồn tại của lỗ đen.
Thuyết
tương đối rộng đã thay thế phương trình duy nhất trong Định luật vạn vật
hấp dẫn bằng mười phương trình. Do đó, việc tìm nghiệm (tức tìm ra hình
dạng của không-thời gian do một phân bố vật chất cho trước tạo ra) là
cực kỳ khó khăn. Quả thực, điều này khó tới mức mà bất cứ ai tìm ra được
một nghiệm thì tên người đó sẽ được đặt luôn cho nó. Điều cực kỳ ấn
tượng là nghiệm đầu tiên đã được tìm ra sau khi Einstein công bố thuyết
này chỉ vài tháng.
Người làm được điều kỳ diệu này là nhà toán
học người Đức Karl Schwarzschild. Ông đã xem xét một khối lượng đối xứng
cầu (như một ngôi sao), thực hiện các giả thuyết đơn giản hóa để giảm
bớt nhiều phương trình của Einstein, và sửng sốt khi tìm ra phương thức
tính chính xác độ cong của không - thời gian quanh vật đó. Ông đã gửi
công trình của mình tới cho Einstein ở Berlin, và cha đẻ của Thuyết
tương đối rộng cũng kinh ngạc không kém.
Nghiệm mà Schwarzschild
đưa ra rất kỳ lạ. Cả hai nhà khoa học đều để ý rằng: Nếu khối lượng bị
nén trong một thể tích cực nhỏ, không-thời gian sẽ bị uốn cong tới cực
hạn, tạo ra một “cái giếng” không đáy mà không thứ gì (ngay cả ánh sáng)
có thể thoát ra nổi. Để cái giếng đó xuất hiện, cần nén mặt trời vào
một không gian có bán kính chỉ 3 km (trường hợp Trái đất còn nhỏ hơn rất
nhiều, chỉ khoảng… 9 mm). Họ đều thấy điều này là rất vô lý nên đã bỏ
qua tiên đoán về lỗ đen.
Về sau, nghiệm đầu tiên này được gọi là
“nghiệm Schwarzschild” hay “bán kính tới hạn Schwarzschild”. Và tại một
hội nghị ở New York năm 1967, nhà vật lý John Wheeler đã trình làng
thuật ngữ “lỗ đen” để thay cho những tên gọi không đồng nhất trước đó.
Quá trình hình thành lỗ đen và cách tìm ra chúng
Khi
các sao có khối lượng lớn lâm chung, nguồn hydro mà chúng dùng để hợp
hạch thành heli gần như đã cạn kiệt. Trong cơn thèm khát năng lượng để
duy trì sự sống, chúng điên cuồng hợp hạch heli thành những nguyên tử
của những nguyên tố nặng hơn. Quá trình này cứ thế tiếp diễn cho đến
sắt.
Lúc này, năng lượng cần để thực hiện phản ứng lớn hơn năng
lượng do phản ứng sinh ra, nên không còn cung cấp đủ năng lượng để duy
trì những lớp vỏ ngoài của ngôi sao nữa. Những lớp ngoài cùng này sụp đổ
vào trong và rồi phát nổ ra ngoài dưới dạng một vụ nổ mạnh và sáng rực
gọi là siêu tân tinh.
Nhưng một phần nhỏ của ngôi sao vẫn còn
lại. Các phương trình của thuyết tương đối rộng dự đoán rằng nếu phần
tàn dư này gấp khoảng ba lần khối lượng mặt trời của Trái Đất, thì vật
chất tạo nên ngôi sao sẽ bị nén vào một điểm vô cùng nhỏ với mật độ vô
hạn. Nói hoa mỹ một chút, lỗ đen là hình ảnh hoàn hảo của một con phượng
hoàng lửa hồi sinh từ đống tro tàn (những ngôi sao chết).
 |
| Sách Stephen Hawking - Một trí tuệ không giới hạn cho biết thêm nhiều thông tin về lỗ đen. |
Lỗ
đen có một chân trời sự kiện, điểm một đi không trở lại mà khi vượt qua
đó thì không gì có thể quay đầu. Con người nhìn thấy một vật khi mắt ta
nhận được ánh sáng từ vật đó truyền tới; và bởi ngay cả ánh sáng cũng
bị chân trời sự kiện nuốt chửng nên ta không thể trực tiếp nhìn thấy một
lỗ đen.
Nhưng điều đó không có nghĩa là không có cách phát hiện
ra chúng. Các nhà khoa học có thể phát hiện ra lỗ đen bằng cách quan sát
chuyển động của các sao và chất khí lân cận, cũng như vật chất bồi tụ
từ vùng xung quanh nó.
Vật chất chuyển động xoắn ốc quanh lỗ đen,
tạo thành đĩa bồi tụ. Vật chất này mất dần năng lượng, giải phóng tia X
và các bức xạ điện từ khác trước khi vượt qua chân trời sự kiện.
Nhà
vật lý người Mỹ John Wheeler đã đưa ra một hình ảnh rất trực quan về hệ
sao đôi gồm một phần hữu hình và một vô hình (lỗ đen) là: Lỗ đen và bạn
đồng hành khả kiến của nó giống như một đôi nam nữ đang khiêu vũ trong
ánh đèn mờ tỏ của dạ tiệc. Tuy không thể thấy chàng trai mặc đồ đen (lỗ
đen), nhưng cô gái đang xoay theo điệu nhạc (ngôi sao khả kiến) khiến ta
nhận ra rằng họ đang được điều gì đó níu lại.
Đây là cách mà các
nhà thiên văn học nhận ra Cygnus X-1 năm 1971. Cygnus X-1 là một bộ
phận của một hệ sao đôi, trong đó sao siêu khổng lồ xanh HDE 226868 cực
nóng và sáng (độ sáng cấp 9) đã tạo ra một đĩa bồi tụ quanh một thiên
thể không nhìn thấy. Hệ sao đôi ấy phát ra tia X, bức xạ không thường
được tạo ra bởi các sao siêu khổng lồ xanh.
Bằng cách tính toán
tốc độ chuyển động và khoảng cách từ HDE 226868 tới Trái đất, các nhà
thiên văn đã tính được khối lượng của thiên thể bất khả kiến. Mặc dù thể
tích nhỏ hơn Trái đất, nhưng nó lại nặng gấp sáu lần mặt trời của chúng
ta. Đây là bằng chứng thông qua quan sát đầu tiên về lỗ đen.
Siêu mẫu quốc tế Maye
Musk - mẹ của tỷ phú Elon Musk - đã ra mắt một cuốn sách chia sẻ những
câu chuyện và bài học cá nhân của bà sau nhiều thăng trầm trong cuộc
đời.
Hồ trữ nước khổng lồ cách chúng ta 12 tỷ năm ánh sáng có lượng
nước gấp 140.000 tỷ lần lượng nước trên Trái Đất, trôi nổi quanh 1 chuẩn
tinh xa xôi.
Sự thật về phát hiện vũ trụ song song "nơi trái là phải, âm là dương và thời gian chạy ngược"
Hôm
qua, Internet lan truyền câu chuyện xuất phát từ các tờ báo lá cải Mỹ
(sau đó các báo Việt Nam dịch lại) như New York Post, Express và Daily
Star Star, chủ yếu trích dẫn lẫn nhau về việc các nhà khoa học NASA có
bằng chứng chứng minh sự tồn tại của vũ trụ song song.
Theo tạp chí Forbes, tất cả đều là những thông tin thổi phồng và diễn
đạt sai những gì nghiên cứu đưa ra. Các nhà khoa học thực sự tìm thấy
bằng chứng về các hạt cơ bản thách thức sự hiểu biết hiện tại của chúng
ta về vật lý. Nó thậm chí có thể là một vấn đề với cách các hạt tương
tác với băng.
Nói thẳng ra, không có bằng chứng nào về những gì
mà các báo lá cải đưa tin là có tồn tại một vũ trụ song song ngay bên
cạnh chúng ta, nơi tất cả các quy tắc vật lý dường như đang hoạt động
ngược lại.
Nhận xét về tin tức "vũ trụ song song", ông Ibrahim
Safa, Đại học Wisconsin-Madison ngao ngán: "NASA đã phát hiện ra rằng
tất cả chúng ta không nên đọc tin từ New York Post (một trong những báo
lá cải đưa tin về vũ trụ song song)".
Không, NASA không tìm ra vũ trụ song song. Đó chỉ là sự suy diễn của các báo lá cải dựa trên các bài báo khoa học chưa có cơ sở
Rất nhiều, rất nhiều bài báo trên mạng dường như xuất phát từ một bài
báo đã đăng cách đây 6 tuần trên trang New Scientist có tiêu đề "Chúng
ta có lẽ đã phát hiện ra một vũ trụ song song ngược thời gian" dựa trên
thông tin từ một bài báo về một số kết quả khó hiểu từ các nghiên cứu
tia vũ trụ (các hạt tích điện năng lượng cao) đến từ bên ngoài bầu khí
quyển Trái đất được thực hiện ở Nam Cực. Cùng với một số giả định "giá
như" xa xôi còn có suy luận về nguồn gốc khó giải thích của các hạt này.
Tất cả chỉ gợi ý tranh luận về vũ trụ song song.
Cụ thể:
Tài liệu nghiên cứu ban đầu từ
thí nghiệm dựa trên khinh khí cầu xung động ANtarctic (ANITA), trong đó
tìm thấy các sự kiện giống như tia vũ trụ hướng lên trên.
Một bài báo nghiên cứu được
công bố để phản hồi các kết quả ANITA có thể cung cấp bằng chứng cho vũ
trụ đối xứng CPT, mà nơi thời gian sẽ chạy ngược từ Big Bang và nơi
phản vật chất sẽ thống trị. Đây là nơi khởi phát về vũ trụ song song bởi
bài báo viết: "Trong kịch bản này, vũ trụ trước Vụ nổ lớn (Big Bang) và
vũ trụ sau Vụ nổ lớn được diễn giải lại thành một cặp vũ trụ / phản vũ
trụ được tạo ra từ hư vô".
Một bài báo nghiên cứu
được công bố trên Tạp chí Vật lý thiên văn từ Đài thiên văn IceCube
Neutrino cho thấy rằng chúng ta cần xem xét các giải thích thay thế để
giải thích cơ sở dữ liệu ANITA.
Tuy nhiên, kết luận thực sự duy
nhất là Mô hình Chuẩn liên quan đến các hạt cơ bản neutrino không giải
thích việc ANITA phát hiện một loại sự kiện hiếm gặp.
Ông Safa
nói các sự kiện này chắc chắn rất thú vị, nhưng chúng ta cách đó rất xa
để thậm chí tuyên bố rằng có bất kỳ vật chất mới nào, chứ đừng nói đến
toàn bộ vũ trụ.
ANITA là gì?
Có một thí
nghiệm dựa trên khinh khí cầu ở Nam Cực có ăng ten vô tuyến quay ngược
về Trái đất để phát hiện sóng vô tuyến phát ra từ các neutrino năng
lượng rất cao (và rất hiếm) nếu chúng tấn công một nguyên tử trong băng.
Một kính viễn vọng vô tuyến, ANITA là đài quan sát đầu tiên của NASA về
neutrino dưới mọi hình thức. Do đó nó có liên quan đến NASA.
Đài quan sát IceCube
ANITA đã tìm thấy gì?
Năm 2016, ANITA đã phát hiện ra một số tín hiệu được mô tả là
"anomalous", bằng chứng về một hạt neutrino năng lượng cao cực mạnh có
nguồn gốc từ bề mặt Trái đất, nhưng không có nguồn. Điều đó dường như là
không thể, theo bài báo của New Scientist và nó giải thích:
"Giải thích tín hiệu này đòi hỏi sự tồn tại của một vũ trụ lộn xộn được
tạo ra trong cùng một vụ nổ lớn như của chúng ta và tồn tại song song
với nó. Trong thế giới gương này, dương là âm, trái là phải và thời gian
chạy ngược lại".
Có lẽ một vũ trụ làm bằng phản vật chất hơn là vật chất.
Hoặc có lẽ không.
Thông cáo báo chí về bài báo nghiên cứu cũng đề cập rằng những lời giải
thích khác về các tín hiệu dị thường có thể liên quan đến vật chất kỳ
lạ.
Các nhà khoa học tại Đài thiên văn IceCube Neutrino sau đó
đã cố gắng tìm kiếm nguồn gốc của những tín hiệu neutrino mãnh liệt này.
Đài thiên văn IceCube Neutrino là gì?
Nằm gần Nam Cực, nó được tạo thành từ 5.160 máy dò quang được chôn
trong băng để phát hiện neutrino đi qua và phản ứng với các nguyên tử
hydro hoặc oxy trong băng.
Quá trình này làm cho IceCube trở
thành một công cụ đáng chú ý để theo dõi các quan sát của ANITA, bởi vì
đối với mỗi sự kiện dị thường mà ANITA phát hiện ra, IceCube đã phát
hiện ra nhiều, nhiều hơn nữa. Điều đó có nghĩa là chúng ta có thể loại
trừ ý tưởng rằng những sự kiện này đến từ một nguồn điểm mạnh mẽ nào đó,
bởi vì tỷ lệ ANITA nhìn thấy một sự kiện và IceCube không thấy bất cứ
điều gì là quá mong manh.
Bài báo học thuật đã kết luận điều gì?
Các kết quả từ việc kiểm tra các phát hiện ANITA bằng IceCube được công
bố trong bài báo kết luận với các cụm từ như "không phù hợp với cách
giải thích vũ trụ, vật chất mới và năng lượng mới", và được tóm tắt như
vậy:
"Một giải thích vật lý thiên văn về các sự kiện dị thường
này theo các giả định mô hình chuẩn bị hạn chế nghiêm trọng bất kể phổ
nguồn".
Mời bạn tham gia
Group Cộng đồng VnReview để thảo luận và cập nhật tin tức công nghệ, sản phẩm.
Tuấn Phan
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét