Khi hai lỗ sâu đục va chạm nhau, chúng tạo ra những gợn lăn tăn trong không-thời gian lan tỏa ra mọi phía. Theo một nghiên cứu mới công bố, các thiết bị trong tương lai có thể dò thấy những “tiếng vọng” hấp dẫn này, cung cấp bằng chứng cho những đường hầm giả thuyết xuyên không-thời gian này.
Đài thiên văn Sóng hấp dẫn Giao thoa kế Laser (LIGO) đã dò thấy những gợn sóng không-thời gian, gọi là sóng hấp dẫn, tỏa ra từ những lỗ đen đang hợp nhất, khám phá đã đưa đến Giải thưởng Nobel năm 2017.
Trong khi phát hiện dò tìm của LIGO mới chỉ là một trong nhiều quan sát ủng hộ sự tồn tại của lỗ đen, những vật thể lạ này vẫn có những vấn đề lí thuyết của riêng chúng. Chẳng hạn, có vẻ như chúng không tương thích với các định luật cơ học lượng tử. Một cách giải quyết được những vấn đề này là giả như lỗ đen thật ra là lỗ sâu đục.
Hình minh họa lỗ sâu đục. Liệu lỗ đen thật ra có phải là lỗ sâu đục đang va chạm không? Một nghiên cứu mới cho biết câu trả lời có khả năng là có.
Điểm bất quy hồi
Một trong những đặc trưng của lỗ đen là chân trời sự kiện, một vùng không-thời gian mà vượt quá nó thì chẳng gì có thể thoát ra, cho dù là ánh sáng. Nếu bạn ném thứ gì đó vào trong một lỗ đen, nó biến mất mãi mãi – đến một chừng mực nào đó. Stephen Hawking đã phát hiện rằng, nhờ một hiện tượng gọi là chui hầm lượng tử, lỗ đen thật sự có thể tạo ra một chút bức xạ ít ỏi, nó được gọi là bức xạ Hawking. Trong quá trình lâu dài, lỗ đen thậm chí có thể bay hơi do bức xạ này.
“Nhưng cái thoát ra là ngẫu nhiên thôi,” phát biểu của Amber Stuver, một nhà thiên văn vật lí tại Đại học Villanova ở Pennsylvania, người không có liên quan trong nghiên cứu mới trên. Bức xạ Hawking chẳng chứa manh mối gì về cái đã rơi vào trong lỗ đen cả.
“Trong cơ học lượng tử, nếu bạn biết đầy đủ về một hệ nhất định, thì bạn sẽ có thể mô tả quá khứ của nó và tương lai của nó,” Stuver nói. Nhưng bởi vì mọi thông tin rơi vào trong lỗ đen đều bặt vô âm tín, cho nên chân trời sự kiện không tương thích với cơ học lượng tử.
Để giải quyết cái gọi là nghịch lí thông tin lỗ đen này, một số nhà vật lí đã đề xuất rằng chân trời sự kiện không hề tồn tại. Thay vì những vực thẳm từ đó chẳng gì có thể thoát ra, lỗ đen thật ra có thể là vùng chứa những vật thể suy đoán trông-tựa-lỗ-đen không có chân trời sự kiện, ví dụ như sao boson, gravastar, fuzzball hay thậm chí lỗ sâu đục, vật thể được nêu trên lí thuyết hồi vài thập niên trước bởi Albert Einstein và nhà vật lí Nathan Rosen.
Những vật thể trông-tựa-lỗ-đen
Trong một nghiên cứu hồi 2016 đăng trên tạp chí Physical Review Letters, các nhà vật lí đã nêu giả thuyết rằng nếu hai lỗ sâu đục va chạm nhau, thì chúng sẽ tạo ra sóng hấp dẫn trông y hệt như sóng hấp dẫn phát ra từ các lỗ đen hợp nhất. Chỗ khác biệt duy nhất ở tín hiệu ấy là ở giai đoạn cuối của sự kiện hợp nhất, gọi là đổ chuông, khi lỗ đen hay lỗ sâu đục mới kết hợp đi vào trạng thái cuối cùng của nó.
Vì lỗ sâu đục không có chân trời sự kiện, nên sóng hấp dẫn đi tới những vật thể này có thể dội ngược lại, tạo ra tiếng vọng trong giai đoạn đổ chuông.
“Phần bên trong của vật thể là một loại hộp cộng hưởng trong đó sóng hấp dẫn bị phản xạ,” các nhà nghiên cứu trả lời tạp chí Live Science trong một e-mail. “Sự sản sinh tiếng vọng hấp dẫn chẳng khác gì mấy với tiếng vọng âm thanh bình thường trong một hẻm núi.”
Trong bài báo ấy, công bố hồi tháng Giêng trên tạp chí Physical Review D, đội nghiên cứu gồm các nhà vật lí người Bỉ và Tây Ban Nha đã phân tích các lỗ sâu đục quay tròn. Phân tích này mang tính thực tế hơn so với công trình năm 2016 về lỗ sâu đục không quay tròn. Họ đã tính xem tín hiệu sóng hấp dẫn thu được sẽ trông như thế nào nếu các lỗ sâu đục hợp nhất với nhau.
Vì cường độ tín hiệu giảm trong giai đoạn đổ chuông, thành ra đoạn tín hiệu ấy sẽ quá yếu để bố trí hiện nay của LIGO dò thấy. Nhưng điều đó có thể thay đổi trong tương lai, khi các nhà nghiên cứu tiếp tục nâng cấp và tinh chỉnh trang thiết bị.
“Đến lúc chúng tôi chạy (LIGO) ở độ nhạy thiết kế trọn vẹn, tôi tin rằng sẽ có thể phân giải được giai đoạn đổ chuông mà những tiếng vọng này được dự báo là tồn tại,” Stuver nói, bà cũng là một thành viên đội LIGO.
Tuy nhiên, lỗ sâu đục còn ít mang tính khoa học hơn cả truyện viễn tưởng, chúng thường được sử dụng trong phim ảnh và sách vở như là những đường cao tốc liên thiên hà. Để đi qua được lỗ sâu đục, bạn phải cần một dạng vật chất lạ chưa biết nào đó để giữ cho chúng mở ra. Tháng 12 năm ngoái, các nhà vật lí đã đi đến ý tưởng rằng lỗ sâu đục đi qua được không cần vật chất mới lạ, nhưng, giống như mọi lỗ sâu đục khác, chúng mang tính suy đoán rất cao. “Mặt khác, âm vang của việc dò thấy các tiếng vọng sẽ có tầm quan trọng rất lớn trong vật lí học,” các nhà nghiên cứu viết trong e-mail cho Live Science. “Vì thế, biết rằng một phép kiểm tra thực nghiệm thực sự sẽ sớm triển khai, việc khảo sát chúng thật là đáng giá.”
“Nay đã đến lúc xem xét nghiêm túc khả năng có những vật thể khác có thể vừa nhỏ gọn vừa có khối lượng lớn như các lỗ đen,” phát biểu của Vitor Cardoso, một nhà vật lí tại Đại học Lisbon ở Bồ Đào Nha, người từng tham gia vào nghiên cứu phân tích các lỗ sâu đục không quay. “Đây là một trong những thứ hấp dẫn nhất mà chúng ta có thể làm với sóng hấp dẫn đấy.”
Nguồn: Live Science
