Cái chết của các hố đen

Mô phỏng đồ họa về một siêu hố đen

ESO/M. Kornmesser

Kể từ khi nhà vật lý - lý thuyết người Anh Stephen Hawking phát hiện hố đen xảy ra hiện tượng "bốc hơi", giới chuyên gia mới biết được hố đen cũng có thể tan biến trong vũ trụ. Tuy nhiên, sự hiểu biết của nhân loại về lực hấp dẫn và cơ lượng tử vẫn chưa đủ để mô tả thời khắc cuối cùng của một hố đen.

Giờ đây, nghiên cứu mới đã đưa ra giả thuyết mới về cái chết có thể của hố đen, theo trang Space.com.

Tầm quan trọng của lý thuyết Hawking

Vào thập niên 1970, giáo sư Hawking vận dụng ngôn ngữ của cơ lượng tử để tìm hiểu chuyện gì xảy ra gần ranh giới của hố đen, còn gọi là chân trời sự kiện. Trong đó, chân trời sự kiện là ranh giới mà vận tốc thoát của hố đen lớn hơn vận tốc ánh sáng. Đây là mặt ranh giới ảo với kích thước hạn chế bao quanh hố đen. Tại đây, bất kỳ dạng vật chất nào khi rơi vào đều sẽ biến mất vĩnh viễn khỏi vũ trụ.

Trong quá trình phân tích, ông phát hiện sự tương tác kỳ lạ giữa các trường lượng tử của vũ trụ và ranh giới một chiều của chân trời sự kiện cho phép năng lượng mở ra một con đường có thể thoát khỏi hố đen. Năng lượng này tồn tại dưới dạng một luồng bức xạ di chuyển chậm nhưng ổn định, và những hạt này được đặt tên bức xạ Hawking. Hay nói cách khác, bức xạ Hawking là bức xạ của vật thể đen được dự đoán thoát khỏi hố đen do hiệu ứng lượng tử gần chân trời sự kiện.

Với năng lượng thất thoát dần, theo thời gian hố đen mất đi khối lượng và co lại. Đến thời điểm nó biến mất khỏi vũ trụ. Và các chuyên gia đang nỗ lực tìm hiểu chuyện gì xảy ra vào thời điểm cáo chung của hố đen.

Các nhà nghiên cứu tìm cách lý giải cái chết của hố đen

phys.org

Giả thuyết về thời khắc tử vong

Khi bốc hơi, hố đen cứ nhỏ dần và chân trời sự kiện bị kéo sát điểm kỳ dị. Vào những thời khắc cuối cùng của đời sống một hố đen, lực hấp dẫn mạnh đến đỉnh điểm, trong khi hố đen chỉ còn lại ở kích thước quá nhỏ. Với kiến thức bị giới hạn, giới chuyên gia vẫn chưa thể mô tả chi tiết về thời khắc tử vong của hố đen. Vì thế, các nhà vật lý thiên văn đang nỗ lực xây dựng một giả thuyết khả dĩ hơn về lực hấp dẫn để có thể giải quyết vấn đề trên.

Hiện có nhiều ứng viên cho thuyết hấp dẫn lượng tử, với lý thuyết dây (string theory) được cho có sức thuyết phục nhất tính đến thời điểm hiện tại. Lý thuyết dây là một thuyết hấp dẫn lượng tử, được xây dựng với mục đích thống nhất tất cả các hạt cơ bản cùng các lực cơ bản của tự nhiên, ngay cả lực hấp dẫn. Các nhà vật lý - lý thuyết hiện đại kỳ vọng lý thuyết này có thể tìm ra lời giải cho những câu hỏi như hiệu ứng lượng tử tại các hố đen, cũng như tại các điểm kỳ dị.

Gần đây, một đội ngũ nghiên cứu đã trình bày lý thuyết gọi là lực hấp dẫn Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet, với hy vọng có thể điều tra những giai đoạn cuối cùng của các hố đen. Dù vấp phải hạn chế, lý thuyết mới vẫn cho phép nhóm chuyên gia hình dung được điều gì có thể xảy ra cho hố đen vào thời điểm tử vong.

Một trong những đặc điểm quan trọng nhất của lực hấp dẫn Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet là các hố đen có khối lượng tối thiểu. Từ đó, các nhà nghiên cứu có thể phân tích chuyện gì xảy ra khi một hố đen bị bốc hơi và thu nhỏ đến ngưỡng tối thiểu.

Tùy vào quá trình tiến hóa của các hố đen, hố đen có thể bị thu nhỏ đến mức chỉ còn ở hình dạng một hạt vi mô. Hạt vi mô này lại không có chân trời sự kiện, nên theo lý thuyết con người có thể điều khiển phi thường đến tận nơi và thu thập hạt này.

Một khả năng khác là hố đen đạt đến mức khối lượng tối thiểu, mất đi chân trời sự kiện nhưng vẫn duy trì được điểm kỳ dị. Đây là dạng không thể tồn tại dựa trên thuyết tương đối rộng, nhưng nếu có thật, hiện tượng này có thể mở ra hướng nghiên cứu mới cho lĩnh vực hấp dẫn lượng tử.

Các nỗ lực nghiên cứu về đề tài này hiện tiếp tục thu hút sự tham gia của nhiều nhà vật lý lý thuyết trên thế giới.