Các lỗ đen đang quay có thể là công cụ để phát hiện ra axion

Các lỗ đen không những liên tục mang đến các bất ngờ, mà chúng còn có thể là công cụ để khám phá những hạt vật chất kì lạ khó phát hiện ra trên Trái đất.

Với các điều kiện thích hợp, một hạt tán xạ ra khỏi một lỗ đen đang quay tròn sẽ kích hoạt sự hình thành một hạt mới. Điều này còn làm cho lỗ đen mất đi một chút xung lượng góc, một hiệu ứng gọi là “siêu bức xạ”.

Asimina Arvanitaki ở trường Đại học California, Berkeley, cùng các đồng nghiệp cho biết sự thất thoát xung lượng góc này có thể khai thác để săn tìm các hạt giả thuyết gọi là axion, hạt cấu thành nên vật chất tối lạnh không nhìn thấy, cái dường như đang giữ các thiên hà lại với nhau.

Theo tính toán của đội nghiên cứu, một axion độc thân phát ra bởi một lỗ đen đang quay tròn có thể kích thích sự phát xạ thêm nhiều axion để tạo thành một đám mây quay xung quanh lỗ đen đó. Sự tạo thành của mỗi axion sẽ giải phóng năng lượng quay ra khỏi lỗ đen. Cuối cùng thì đám mây đó đủ đậm đặc để cho một phần của nó sẽ co lại và rơi vào lỗ đen, trong khi phần còn lại thì bị ném ra phía ngoài và có thể thoát ra khỏi trường hấp dẫn khủng khiếp của lỗ đen.

Toàn bộ quá trình sau đó lặp lại như cũ, nhưng với lỗ đen quay chậm hơn trước đó. “Về cơ bản, quá trình tiếp diễn cho đến khi lỗ đen mất hết spin của nó”, phát biểu của Sergei Dubovsky thuộc trường Đại học Stanford ở California. Hiệu suất của hiệu ứng đó phụ thuộc vào khối lượng của lỗ đen, cho nên dấu hiệu của các axion là sự thiếu hụt các lỗ đen đang quay nhanh thuộc một khối lượng nhất định. Các hạt kì lạ đó còn có thể tiết lộ sự có mặt của chúng trong những đợt bùng phát sóng hấp dẫn phát ra khi các đám mây của chúng bị xé toạc ra xung quanh lỗ đen hoặc khi các hạt đó di chuyển từ một đám mây axion này sang đám mây khác.

“Thật bất ngờ là bạn có thể biết nhiều điều như vậy về một hạt nhỏ bé, khối lượng nhẹ bằng cách nhìn vào một đối tượng vĩ mô, to lớn, phức tạp trên bầu trời”, phát biểu của Andrew Strominger thuộc trường Đại học Harvard.

Axion là một hạt sơ cấp theo giả thuyết được đề xuất theo lí thuyết Peccei-Quinn vào năm 1977 để giải bài toán đối xứng CP mạnh trong sắc động lực học lượng tử (QCD). Nếu axion tồn tại và có khối lượng thấp trong một ngưỡng nhất định, thì có thể chúng là một thành phần của vật chất tối lạnh. Một số kết quả hồi năm 2005 đã khẳng định sự tồn tại của chúng, nhưng sau đó đã bị những kết quả khác bác bỏ.

Nguồn: New Scientist