'Âm thanh cuối cùng' phát ra từ hố đen hé lộ những khám phá bất ngờ

Các nhà khoa học đã tìm thấy bằng chứng cho thấy sóng hấp dẫn từ một vụ va chạm lỗ đen ngoạn mục mang theo tín hiệu xuất phát từ rìa của lỗ đen vừa hình thành.

Một vụ sáp nhập lỗ đen được phát hiện vào ngày 14/1/2025 có tên GW250114. - Minh họa: K. Thorne (Caltech) và T. Carnahan (NASA GSFC))

Trong một nghiên cứu mới, các nhà khoa học đã phân tích một sự kiện sóng hấp dẫn cực mạnh có tên GW250114. Họ đã xác định được một “sóng trực tiếp” – một đặc điểm tinh vi trong tổng thể tín hiệu sóng hấp dẫn, vốn được dự đoán bởi lý thuyết nhưng chưa từng được phát hiện trong dữ liệu thực tế trước đây.

Các tín hiệu yếu mới thu được cho thấy "sóng rung" được tạo ra vào giai đoạn cuối cùng của quá trình hợp nhất hai lỗ đen. Hầu hết các sóng này xuất phát từ quỹ đạo nhanh của chúng khi chúng xoắn ốc tiến về phía nhau, nhưng các sóng hấp dẫn yếu hơn cũng được tạo ra trong vài mili giây sau khi chúng va chạm.

Hình minh họa một lỗ đen, với một đĩa bồi tụ sáng rực bao quanh chân trời sự kiện của nó — điểm không thể quay lại, nơi ánh sáng không thể thoát ra.

Các nhà thiên văn học đã có thể quan sát được đặc điểm cộng hưởng này xuyên qua nhiễu của các sóng lớn hơn. Quan sát của họ đã tiết lộ hai điều.

Một: Lỗ đen là những vật thể đơn giản như Einstein đã dự đoán. Hai: Hawking đã đúng về lỗ đen và entropy.

Các lý thuyết của Einstein dự đoán rằng lỗ đen là những vật thể "về cơ bản rất đơn giản" có thể được mô tả bằng toán học chỉ bằng khối lượng và độ tự quay của chúng. Những quan sát này, xem xét hai lỗ đen "trước" và một lỗ đen "sau", lần đầu tiên xác nhận dự đoán này bằng thực nghiệm.

Còn theo định lý diện tích của Hawking, diện tích của một lỗ đen chỉ có thể tăng lên do các quá trình cổ điển—va chạm giữa hai lỗ đen là một ví dụ hoàn hảo. Tín hiệu rung cho thấy dự đoán đúng với va chạm cụ thể này.

Theo đồng tác giả nghiên cứu, Sizheng Ma - nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Viện Vật lý Lý thuyết Perimeter (Canada), tín hiệu vừa được xác định này mang đến một cái nhìn hiếm hoi về những gì xảy ra ngay sau khi hai lỗ đen va chạm.

“Khi hai lỗ đen hợp nhất, chúng làm rung chuyển mạnh mẽ chính không- thời gian,” Ma chia sẻ với Live Science. “Trong khoảnh khắc ngắn ngủi, khu vực rất gần chân trời của lỗ đen mới hình thành bị cuốn vào một vòng xoáy nhanh rồi dần tan biến.”

Khi hai lỗ đen hợp nhất, chúng giải phóng sóng hấp dẫn — những gợn sóng trong cấu trúc không thời gian — lan tỏa khắp vũ trụ. (Nguồn ảnh: K. Thorne (Caltech) và T. Carnahan (NASA GSFC)

Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng phát hiện này không tiết lộ những gì nằm bên trong lỗ đen. Thay vào đó, họ cung cấp một công cụ quan sát mới để nghiên cứu khu vực ngay bên ngoài.

TS Ma tin rằng phương pháp này cuối cùng có thể hữu ích để khám phá các ý tưởng như hấp dẫn lượng tử – nỗ lực kết hợp thuyết hấp dẫn của Einstein với cơ học lượng tử – hoặc nghịch lý thông tin lỗ đen, câu hỏi lâu dài về việc liệu thông tin rơi vào lỗ đen có thực sự bị mất hay không.

Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng phát hiện này dựa trên một sự kiện sóng hấp dẫn duy nhất. Dù GW250114 cung cấp điều kiện đặc biệt thuận lợi, bằng chứng mạnh mẽ hơn chỉ xuất hiện nếu các tín hiệu tương tự được tìm thấy trong nhiều vụ hợp nhất lỗ đen khác.

Mô phỏng tái hiện sóng hấp dẫn phát ra từ vụ sáp nhập 2 hố đen GW250114.