Các nhà vật lý hiện đang trải qua thời kỳ vàng son của kiến thức mới về lỗ đen. Từ năm 2015, các nhà nghiên cứu đã có thể nhận tín hiệu trực tiếp từ lỗ đen bằng cách sử dụng đài quan sát sóng hấp dẫn với giao thoa kế laze (LIGO), trong khi các đài quan sát như kính thiên văn Event Horizon (EHT), có được những hình ảnh đầu tiên bóng của lỗ đen. Năm nay cũng không phải là ngoại lệ, với một loạt kết quả mới thú vị và độc đáo mở rộng tầm hiểu biết của chúng ta về lỗ đen. Sau đây chúng ta hãy xem một số khám phá ấn tượng nhất của năm 2020.
Như để khẳng định 2020 là năm nghiên cứu hố đen, thành tựu chính của khoa học là giải thưởng Nobel - được trao vào tháng cho ba nhà vật lý có công trình làm sáng tỏ cuộc sống của những vật thể không gian bí ẩn này.
Roger Penrose của Đại học Oxford ở Anh đã nhận được một nửa giải thưởng "vì phát hiện ra rằng sự hình thành lỗ đen là một dự đoán chắc chắn của thuyết tương đối rộng", trong khi Andrea Guez của Đại học California, Los Angeles và Reinhard Hansel của Đại học Bonn và Viện Vật lý ngoài Trái đất Max Planck ở Đức đã chia sẻ nửa còn lại "cho việc phát hiện ra một vật thể nhỏ gọn siêu nặng ở trung tâm thiên hà của chúng ta", Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển cho biết trong một tuyên bố. Andrea Guez là người phụ nữ thứ tư đoạt giải Nobel Vật lý, sau Marie Curie năm 1903, Maria Heppert-Mayer năm 1963 và Donna Strickland năm 2018.
LIGO và đối tác châu Âu của nó Virgo quan sát các lỗ đen thông qua sóng hấp dẫn trong cấu trúc không-thời gian, được hình thành khi các vật thể khối lượng lớn dao động.
Một số khám phá ấn tượng đã được thực hiện tại các cơ sở. Nhưng vào tháng 85, nhóm hợp tác thông báo rằng họ đã phát hiện ra vụ va chạm lớn nhất với một lỗ đen trong lịch sử. Một trong số chúng lớn hơn khối lượng Mặt trời 66 lần và cái còn lại lớn hơn khối lượng Mặt trời 142 lần. Khi chúng va chạm với nhau, chúng tạo thành một lỗ đen có khối lượng vượt quá khối lượng Mặt trời một lượng lớn. lần. Ngoài việc lập kỷ lục, phát hiện này còn là phát hiện đầu tiên trong cái gọi là vùng "cấm" của các lỗ đen khối lượng trung bình. Mặc dù các nhà thiên văn học đã nhìn thấy những lỗ đen nhỏ có kích thước bằng Mặt trời của chúng ta và biết rằng những lỗ đen khổng lồ, có khối lượng gấp hàng triệu lần Mặt trời, tồn tại ở trung tâm của các thiên hà, nhưng trước đó chưa ai tìm thấy bằng chứng về lỗ đen ở dải trung bình này. Làm thế nào chính xác chúng được hình thành vẫn còn là một bí ẩn mà các nhà khoa học hiện đang cố gắng giải quyết.
Ngay sau đó Vụ nổ lớn Vũ trụ tràn ngập bức xạ nóng và hỗn loạn. Ở một số vùng, năng lượng đủ dày đặc để về mặt lý thuyết, nó tự sụp đổ để tạo thành một lỗ đen.
Mặc dù các nhà vật lý vẫn chưa biết liệu chúng có tồn tại hay không lỗ đen nguyên thủy (PCD), gần đây họ đã suy nghĩ về những gì có thể xảy ra nếu chúng tồn tại. Một số bài báo, bao gồm một bài xuất bản vào tháng , đã gợi ý rằng những lỗ đen này, một số sẽ nhỏ hơn những lỗ hình thành từ các ngôi sao đang chết, có thể tạo thành vật chất tối, một chất chưa biết có tác dụng hấp dẫn lên toàn bộ vũ trụ. Trong những năm tới, các thí nghiệm đang được tiến hành để tìm kiếm PCD, điều này sẽ xác nhận hoặc phủ nhận sự tồn tại của chúng.
Điều gì sẽ xảy ra nếu bạn lấy các lỗ đen cực lớn ở tâm các thiên hà và phóng đại chúng lên 11 lần? Đó là những gì các nhà nghiên cứu đề xuất trong một bài báo tháng thảo luận về khả năng tồn tại "lỗ đen cực lớn" (tấm).
Những vật thể này sẽ nặng ít nhất 1 nghìn tỷ lần khối lượng Mặt trời, gấp 10 lần so với lỗ đen lớn nhất hiện được biết đến, con quái vật 66 tỷ khối lượng Mặt trời được gọi là TẤN 618. Một số SLAB có thể đã hình thành trong vũ trụ sơ khai, tạo ra một lớp lỗ đen nguyên thủy khác, nghĩa là chúng ta có thể nhìn thấy dấu vết của chúng trong nền vi sóng vũ trụ khi vũ trụ của chúng ta mới 380 năm tuổi. Những người khác có thể được phát hiện bằng cách xem cách chúng bẻ cong ánh sáng của các ngôi sao ở xa nếu một SLAB tình cờ ở giữa chúng ta. Khái niệm này vẫn còn là giả thuyết, nhưng nó đang thu hút sự chú ý ngày càng tăng.
Hầu hết các cặp lỗ đen được phát hiện bởi thiết bị LIGO và Virgo đều có khối lượng xấp xỉ nhau. Nhưng vào tháng , sự hợp tác đã thông báo rằng họ đang xem thảm họa bất đối xứng nhất.
Các vật thể va chạm cách chúng ta khoảng 2,4 tỷ năm ánh sáng có khối lượng lần lượt bằng khoảng 8 và 30 lần so với Mặt trời của chúng ta. Một sự kiện bất ngờ như vậy được coi là hiếm đến mức các cơ sở lắp đặt sóng hấp dẫn sẽ không nhận thấy nó chỉ sau vài năm. Phát hiện thách thức những giả định này và khiến các nhà nghiên cứu xem xét khả năng hợp nhất theo cấp bậc, trong đó một lỗ đen va chạm với một lỗ đen khác, và sau đó phần còn lại thu được sẽ hợp nhất với một lỗ đen khác.
Khi một vật thể khối lượng lớn tiếp cận lỗ đen ở một khoảng cách nhất định, lực hấp dẫn cực lớn hiện diện ở đó có thể xé vật thể đó thành các dải vật chất dài phân tán khắp nơi.
Quá trình này, được gọi một cách thông tục là mì ống, hiếm khi được quan sát bởi vì hầu hết các lỗ đen được bao quanh bởi một đám mây khí và bụi bị che khuất. Nhưng vào tháng , các nhà thiên văn học từ Đài thiên văn Nam châu Âu đã chụp được một bức ảnh Spaghett hóa ngôi sao với chi tiết chưa từng có bằng cách sử dụng cả Kính viễn vọng Rất lớn và Kính viễn vọng Công nghệ Mới. Sự kiện này, được gọi là TẠI 2019qiz, sẽ cung cấp cho các nhà nghiên cứu cái nhìn sâu sắc về những hiện tượng như vậy và giúp họ hiểu rõ hơn về lực hấp dẫn trong những điều kiện khắc nghiệt.
Không ai muốn đến quá gần một lỗ đen. May mắn thay, Pac-Man vũ trụ được phát hiện vào tháng quay quanh một cặp sao đồng hành được gọi là HR 6819, đang ở một khoảng cách an toàn về mặt thiên văn với các đối tác của nó.
Hố đen mới ẩn nấp cách Trái đất 1000 năm ánh sáng trong chòm sao Telescopium phía nam, gần hơn ba lần so với hố đen giữ kỷ lục trước đó. Các nhà thiên văn học không thể quan sát trực tiếp lỗ đen, nhưng có thể suy ra sự hiện diện của nó dựa trên cách nó tác động lực hấp dẫn lên hai vật thể khác trong hệ. Các nhà quan sát ở Nam bán cầu có thể nhìn thấy các ngôi sao trong hệ thống HR 6819 bằng mắt thường bằng cách nhìn vào biểu đồ sao và nhìn vào chòm sao Telescopium, gần biên giới với chòm sao Pavo.
Để một lỗ đen hình thành, vật chất và năng lượng phải co lại thành một điểm cực nhỏ với mật độ vô hạn. Vì những vô hạn như vậy không thể xảy ra về mặt vật lý, nên các nhà lý thuyết từ lâu đã tìm cách giải quyết một kết quả kỳ lạ như vậy.
Theo lý thuyết dây, vốn thay thế tất cả các hạt và lực bằng các dây hạ nguyên tử, dao động, lỗ đen có thể trở thành một thứ thậm chí còn kỳ lạ hơn – một mớ các dây cơ bản, giống như sợi mờ. Vào tháng , một nghiên cứu đã chỉ ra rằng nếu các nguyên tử trong sao neutron, một loại tàn tích sao không đủ đặc để tạo thành lỗ đen, thực sự là một bó dây, thì việc nén các dây đó lại với nhau sẽ không thực sự tạo thành lỗ đen, mà là một quả bóng mịn—tương tự như quả bóng sợi đã nói ở trên. Ý tưởng kỳ lạ vẫn chưa được thực hiện đầy đủ, nhưng nó là một trong những lựa chọn thay thế khả thi để làm việc với vô cực.
Theo các nhà vật lý, mọi lỗ đen nên được bao quanh bởi cái gọi là chân trời sự kiện - một ranh giới mà qua đó, khi đã sa ngã, bạn sẽ không bao giờ thoát ra được. Tuy nhiên, kể từ khi lỗ đen lần đầu tiên được giả thuyết, các nhà nghiên cứu đã đặt câu hỏi liệu chân trời sự kiện có thực sự cần thiết hay không.
Có thể có một lỗ đen mà không có nó, cái gọi là lỗ đen "trần trụi"? Điều này có thể nguy hiểm vì các định luật vật lý đã biết bị vi phạm bên trong chân trời sự kiện của lỗ đen và lỗ đen trần trụi không thể cung cấp sự bảo vệ của hàng rào này. Trong khi hầu hết các nhà lý thuyết tin rằng ảnh khoả thân là điều cấm kỵ đối với lỗ đen, một bài báo tháng cho biết có một cách để kiểm tra chắc chắn. Bí quyết là tìm kiếm sự khác biệt trong các đĩa bồi tụ hoặc các vòng khí và bụi được hình thành do quá trình cung cấp năng lượng cho lỗ đen, điều này có thể chỉ ra sự khác biệt có thể nhìn thấy được giữa các lỗ đen trần và lỗ đen bình thường.
Giáng sinh năm nay đến sớm đối với các nhà khoa học lỗ đen. Vào tháng , cộng đồng quan sát LIGO và đối tác châu Âu của nó là Virgo đã phát hành một danh mục lớn mới về hàng chục tín hiệu sóng hấp dẫn, được phát hiện trong khoảng thời gian từ tháng 2019 đến tháng năm .
39 sự kiện bao gồm một loạt các khám phá hấp dẫn, chẳng hạn như vụ sáp nhập lỗ đen khổng lồ dẫn đến tàn dư có khối lượng bằng 142 Mặt trời, một sự kiện cực kỳ phiến diện với các vật thể có khối lượng lớn hơn Mặt trời và một vật thể bí ẩn xuất hiện hoặc là một lỗ đen nhỏ hoặc một ngôi sao neutron lớn. Các nhà nghiên cứu rất hào hứng với dữ liệu cho thấy các vật thể nhận được trung bình một tín hiệu mới cứ sau ngày và dự định sử dụng nó để hiểu rõ hơn về hành vi và tần suất của các vụ sáp nhập lỗ đen.
Đọc thêm:
Bình luận