Kế hoạch táo bạo gửi 'tàu tí hon' lao thẳng vào hố đen vũ trụ để tìm hiểu bên trong gây chấn động

Bên trong một hố đen đang diễn ra những quy luật vật lý như thế nào? Các nhà khoa học có rất nhiều giả thuyết, nhưng việc đo đạc trực tiếp gần như là bất khả thi – trừ khi bạn sẵn sàng bị “kéo giãn như sợi mì” hoặc bị cuốn qua một lỗ sâu và biến mất.

Hố đen từ lâu đã được xem là những môi trường cực kỳ nguy hiểm, nơi nuốt chửng mọi vật chất – kể cả ánh sáng – rồi nén chúng vào một điểm đặc, gọi là điểm kỳ dị. Một khi đã rơi vào hố đen, không có đường quay trở lại. Từ Trái Đất, các nhà khoa học chỉ có thể quan sát gián tiếp bằng cách đo lường cách hố đen bẻ cong không-thời gian.

Việc quan sát cận cảnh những hiện tượng này cho đến nay vẫn chưa thể thực hiện được. Tuy nhiên, đó là điều mà ông Cosimo Bambi, tiến sĩ vật lý, giáo sư tại Đại học Phúc Đán (Trung Quốc), hy vọng có thể thay đổi trong tương lai không xa.

Trong một bài báo đăng trên tạp chí iScience vào mùa Hè năm ngoái, ông Bambi đã trình bày một kế hoạch mang tính lý thuyết: sử dụng các tàu vũ trụ siêu nhỏ, nặng chỉ vài gram, để bay tới một hố đen gần Trái Đất nhằm thực hiện các phép đo trực tiếp. Mục tiêu là giải đáp những câu hỏi nền tảng của vật lý học – chẳng hạn như thuyết tương đối rộng hoạt động ra sao trong những điều kiện cực đoan, hay liệu hố đen có thực sự sở hữu “chân trời sự kiện” hay không.

Theo ông Bambi, các mô hình khoa học và kính thiên văn hiện nay chỉ có thể đưa ra dự đoán. Muốn biết câu trả lời chắc chắn, cần phải có một sứ mệnh tiếp cận trực tiếp. Các dữ liệu thu được sẽ được truyền về Trái Đất trước khi con tàu bị hố đen nuốt chửng.

Phần thưởng khoa học tiềm năng là rất lớn, nhưng sứ mệnh này cũng đối mặt với hàng loạt trở ngại: chi phí cực cao, thời gian kéo dài hơn 100 năm, và thực tế là cả công nghệ tàu vũ trụ lẫn một hố đen đủ gần để quan sát hiện vẫn chưa tồn tại.

Dù vậy, ông Bambi cho rằng hiện tại vẫn là thời điểm thích hợp để bắt đầu suy nghĩ nghiêm túc về ý tưởng này. Ông tin rằng trong vòng 20–30 năm tới, các điều kiện cần thiết để phóng một sứ mệnh như vậy có thể hội tụ. Nghe có vẻ viễn tưởng, nhưng ông dẫn chứng việc phát hiện sóng hấp dẫn – những gợn sóng vật lý trong không-thời gian do các vật thể có khối lượng chuyển động gây ra – như một ví dụ điển hình.

“Dự đoán đầu tiên về sóng hấp dẫn của Albert Einstein được đưa ra năm 1916, và đến thập niên 1960 con người mới bắt đầu thử nghiệm để phát hiện chúng”, ông Bambi nói. “Cuối cùng, chúng ta đã phát hiện sóng hấp dẫn cách đây khoảng 10 năm”.

Thông thường, chúng ta hình dung tàu vũ trụ là những cỗ máy lớn và cồng kềnh. Các xe tự hành trên Sao Hỏa như Perseverance có kích thước tương đương một chiếc ô tô, và ngay cả những vệ tinh CubeSat nhỏ gọn như MarCO – từng làm trạm chuyển tiếp liên lạc cho sứ mệnh InSight năm 2018 – cũng có kích thước gấp đôi một khối Rubik.

Tuy nhiên, con tàu mà ông Bambi đề xuất cho sứ mệnh hố đen lại hoàn toàn khác: một “nanocraft” (tàu siêu nhỏ) có kích thước chỉ cỡ một chiếc kẹp giấy, được đẩy đi bằng ánh sáng thay vì nhiên liệu tên lửa truyền thống. Do khối lượng cực nhẹ, con tàu này có thể được gia tốc tới tốc độ bằng một phần đáng kể của tốc độ ánh sáng, về mặt lý thuyết đủ để vươn tới các điểm đến liên sao trong phạm vi một đời người.

Dạng tàu vũ trụ này hiện chưa tồn tại ở hình thức hoàn chỉnh, nhưng ý tưởng không hề mới. Ông Richard Norte, tiến sĩ, phó giáo sư ngành kỹ thuật vi hệ thống tại Đại học Công nghệ Delft (Hà Lan), đang nghiên cứu công nghệ “buồm ánh sáng” trong phòng thí nghiệm của mình, nhằm một ngày nào đó biến những con tàu như vậy thành hiện thực.

Ban đầu, loại tàu này được thiết kế cho dự án Starshot thuộc Breakthrough Initiatives – chương trình hướng tới phát triển tàu vũ trụ liên sao để bay tới hệ sao gần nhất với chúng ta, Alpha Centauri. Ông Norte cho rằng công nghệ này hoàn toàn có thể áp dụng cho các sứ mệnh khác, dù ông thừa nhận nhiệm vụ tiếp cận hố đen sẽ đi kèm những thách thức riêng.

“Alpha Centauri là một hệ sao rất sáng, rất khó để bỏ l,,” ông Norte nói. “Trong khi đó, hố đen gần như vô hình… Việc xác định và tiếp cận đúng mục tiêu là một thách thức hoàn toàn khác”.

Thời gian bay kéo dài tới 100 năm cũng khiến sứ mệnh trở nên đáng ngại, bởi chỉ một thiết bị trục trặc cũng có thể làm hỏng toàn bộ kế hoạch. Ngoài ra còn có yếu tố tâm lý: liệu con người có còn duy trì được sự quan tâm đối với một sứ mệnh khoa học kéo dài qua nhiều thế hệ hay không?

Dù con tàu vũ trụ trong đề xuất của ông Bambi đang dần tiến gần hơn tới khả năng hiện thực, thách thức lớn hơn có thể nằm ở việc tìm ra một hố đen đủ gần để con tàu có thể tiếp cận trong khung thời gian 100 năm. Điều đó đòi hỏi một hố đen chỉ cách Trái Đất khoảng 20–25 năm ánh sáng – trong khi hố đen gần nhất mà con người từng quan sát được hiện nằm cách chúng ta tới 1.560 năm ánh sáng.

Theo ông Bambi, việc phát hiện ra một hố đen gần như vậy sẽ là bước đi đầu tiên mang tính quyết định. Ông tin rằng điều này có thể xảy ra trong vòng 5–10 năm tới, nhờ các dữ liệu mới từ những kính thiên văn không gian như Đài quan sát Vera Rubin hoặc Kính thiên văn không gian Nancy Grace Roman sắp được phóng. Các thiết bị này sẽ kết hợp quan sát trên nhiều bước sóng ánh sáng khác nhau – từ tia X, hồng ngoại đến sóng vô tuyến – để tìm kiếm những dấu hiệu đặc trưng của hố đen, như bụi vũ trụ từ các ngôi sao bị xé nát hay các nhiễu loạn hấp dẫn.

“Khi chúng ta biết chắc có một hố đen ở gần, chúng tôi có thể xây dựng một chương trình rõ ràng”, ông Bambi nói.

Ngay cả khi sứ mệnh này cuối cùng không bao giờ được triển khai, ông Norte cho rằng việc suy nghĩ và tranh luận về những kế hoạch khoa học mang tầm nhìn xa như vậy vẫn vô cùng quan trọng.

“Ngay cả khi mốc thời gian rất dài, những đề xuất kiểu này vẫn có giá trị vì chúng buộc chúng ta phải mở rộng trí tưởng tượng và chỉ ra những thách thức mà khoa học cần giải quyết”, ông nói.

Theo PM

Huyền Chi