Buzz
Lỗ đen có thể được phân chia thành nhiều loại khác nhau, nhưng chủ yếu chia thành hai nhóm chính: lỗ đen khối lượng sao và lỗ đen siêu khối lượng.
Lỗ đen từ lâu đã là một trong những bí ẩn lớn của vũ trụ. Không giống như con người, lỗ đen không có các đặc điểm dễ nhận biết để xác định nguồn gốc. Tuy nhiên, giống như cách chúng ta có thể truy tìm dấu vết tổ tiên qua DNA, các nhà khoa học đang nghiên cứu một phương pháp mới để 'giải mã huyết thống' của lỗ đen qua sóng hấp dẫn – những dao động trong cấu trúc không-thời gian, được Albert Einstein tiên đoán từ hơn một thế kỷ trước.
Một nhóm các nhà khoa học từ Đại học Cardiff đã công bố phát hiện quan trọng về cách sóng hấp dẫn có thể giúp xác định nguồn gốc các lỗ đen siêu lớn. Theo nhóm nghiên cứu, sự hợp nhất liên tiếp của các lỗ đen nhỏ hơn không chỉ tạo ra lỗ đen lớn hơn mà còn để lại dấu vết trong chuyển động quay của chúng, hay còn gọi là 'spin'. Những đặc điểm này có thể hé lộ lịch sử hình thành và vị trí vũ trụ mà chúng tồn tại, điều mà ngay cả xét nghiệm DNA của con người cũng không thể làm được.
Lỗ đen khối lượng sao hình thành từ sự sụp đổ của các ngôi sao có khối lượng vượt trội so với Mặt Trời. Những lỗ đen này thường có khối lượng từ 10 đến 100 lần khối lượng Mặt Trời. Tuy nhiên, các lỗ đen siêu lớn – có khối lượng lên đến hàng triệu hoặc hàng tỷ lần Mặt Trời – không thể chỉ hình thành từ sự sụp đổ của một ngôi sao. Điều này đặt ra câu hỏi: Chúng được hình thành như thế nào?
Kể từ năm 2015, khi Đài quan sát sóng hấp dẫn LIGO và Virgo lần đầu tiên phát hiện sóng hấp dẫn từ sự hợp nhất của hai lỗ đen, các nhà khoa học đã có một công cụ quan trọng để nghiên cứu sự tiến hóa của các vật thể bí ẩn này. Sóng hấp dẫn là kết quả của sự uốn cong không-thời gian do các vật thể có khối lượng lớn tạo ra, một hiện tượng được tiên đoán trong thuyết tương đối rộng của Einstein. Khi hai lỗ đen quay quanh nhau và bị hút vào nhau, chúng tạo ra dao động mạnh trong không-thời gian, phát ra sóng hấp dẫn. Những tín hiệu này, khi được phân tích kỹ lưỡng, có thể tiết lộ thông tin quan trọng về khối lượng, tốc độ quay và lịch sử hợp nhất của lỗ đen.
Lỗ đen có thể hình thành theo nhiều cách khác nhau, nhưng chủ yếu được phân loại theo khối lượng. Lỗ đen khối lượng sao, có khối lượng từ 10 đến 100 lần Mặt Trời, hình thành khi các ngôi sao khổng lồ cạn kiệt nhiên liệu và sụp đổ dưới tác động của lực hấp dẫn. Trong khi đó, lỗ đen siêu lớn có khối lượng từ hàng triệu đến hàng tỷ lần Mặt Trời, lớn đến mức không thể hình thành từ một ngôi sao đơn lẻ. Các nhà khoa học cho rằng chúng được tạo ra qua nhiều lần hợp nhất của các lỗ đen nhỏ hơn trong các cụm sao dày đặc.
Giống như một đứa trẻ có thể được sinh ra ở bất kỳ đâu trên Trái Đất, lỗ đen cũng có thể hình thành trong nhiều môi trường khác nhau. Tuy nhiên, nghiên cứu cho thấy rằng spin của lỗ đen không chỉ phản ánh quá trình tiến hóa của nó mà còn có thể tiết lộ nơi mà nó được sinh ra.
Nghiên cứu gần đây đã phân tích dữ liệu từ 69 sự kiện sóng hấp dẫn phát hiện bởi LIGO và Virgo, nhằm tìm ra liệu có một mô hình chung nào trong sự phát triển của các lỗ đen. Kết quả chỉ ra rằng spin của lỗ đen thay đổi rõ rệt khi đạt đến một khối lượng nhất định, gợi ý về một điểm chuyển tiếp quan trọng trong quá trình hình thành của chúng. Khi khối lượng lỗ đen vượt qua ngưỡng nhất định, spin của nó phản ánh đặc điểm của các hệ thống hợp nhất liên tục, điều này phù hợp với giả thuyết rằng các lỗ đen siêu lớn hình thành từ các vụ va chạm liên tục giữa các lỗ đen nhỏ trong các cụm sao.
Phát hiện này mang ý nghĩa quan trọng trong việc xác định nguồn gốc của các lỗ đen siêu lớn và kiểm tra các mô hình hình thành thiên hà. Khi các lỗ đen hình thành trong môi trường dày đặc như trung tâm thiên hà hay các cụm sao cầu, chúng dễ va chạm với nhau, tạo ra các thế hệ lỗ đen mới với spin và khối lượng đặc trưng. Điều này cung cấp một công cụ mạnh mẽ để truy tìm lịch sử tiến hóa của các lỗ đen và có thể giúp xác định môi trường mà chúng đã tồn tại.
Những thiết bị hiện tại như LIGO và Virgo đã giúp phát hiện hàng loạt vụ hợp nhất lỗ đen, nhưng các nhà khoa học đang hy vọng vào những bước tiến xa hơn trong tương lai.
Nhìn về tương lai, các nhà khoa học kỳ vọng vào dữ liệu từ các thế hệ máy dò sóng hấp dẫn tiếp theo, như Kính viễn vọng Einstein – một đài quan sát tiên tiến trên mặt đất, và LISA – một đài quan sát không gian dự kiến hoạt động vào những năm 2030. Các thiết bị này sẽ có độ nhạy cao hơn nhiều, giúp phát hiện sóng hấp dẫn từ các lỗ đen có khối lượng lớn hơn và xa hơn trong vũ trụ, mở ra những hiểu biết mới về nguồn gốc và sự tiến hóa của chúng.
Nghiên cứu này không chỉ làm sáng tỏ lịch sử hình thành của lỗ đen mà còn củng cố hiểu biết của chúng ta về sự phát triển của vũ trụ. Nếu con người có thể tìm ra nguồn gốc của chính mình qua DNA, thì vũ trụ cũng đang dần hé mở câu chuyện của mình thông qua những gợn sóng hấp dẫn trong không-thời gian. Đây có thể là một bước tiến quan trọng trong hành trình khám phá những bí ẩn vĩ đại nhất của vũ trụ mà nhân loại vẫn đang theo đuổi.
