Các nhà vật lý cho biết, một nghiên cứu mới về cấu trúc vi mô của lỗ đen hứa hẹn sẽ mở ra cơ hội giải đáp những bí ẩn vũ trụ.
Lỗ đen là những vùng trong không thời gian có trường hấp dẫn mạnh đến mức không gì có thể thoát ra khỏi chúng, thậm chí là ánh sáng. Kết quả là hầu hết các vật thể khổng lồ này trôi dạt trong không gian một cách vô hình, gây khó khăn cho việc giải quyết nhiều câu hỏi mở về đặc tính uốn cong tâm trí của chúng.
Lỗ đen là những vùng trong không thời gian có trường hấp dẫn mạnh, không gì thoát ra được.
Các nhà khoa học giờ đây cho rằng, có một cách để xác nhận bí ẩn quan trọng về lỗ đen và liệu chúng có tạo ra cấu trúc xoáy hay không. Tất cả là nhờ cách tìm kiếm các dấu hiệu cụ thể trong không gian. Những xoáy nước này sẽ có cấu trúc tương tự như maelstrom xoáy của lốc xoáy và xoáy nước nhưng thay vào đó, chúng sẽ phát sinh ở nhiều nơi trên lỗ đen.
Ngoài việc làm sáng tỏ các lỗ đen, những manh mối này có khả năng mở ra “một cửa sổ quan sát cho các lĩnh vực tiềm ẩn khác nhau” của vũ trụ, bao gồm cả bản chất của vật chất tối.
Trong khi những mô tả phổ biến về lỗ đen thường khiến chúng trông giống như những cơn lốc không gian khổng lồ thì sự hiện diện của xoáy trong những thực thể này là một vấn đề còn nhiều tranh cãi. Nhóm nghiên cứu với sự tham gia của trưởng nhóm Gia Dvali, giám đốc Viện Vật lý Max Planck ở Đức đã trình bày bằng chứng lý thuyết mới cho thấy các lỗ đen quay nhanh và “hỗ trợ một cách tự nhiên cấu trúc xoáy” và lực xoáy của lỗ đen có thể gây ra “những hậu quả có thể quan sát được”.
Dvali và các đồng nghiệp của ông cho biết: “Cấu trúc vi mô của lỗ đen vẫn chưa được hiểu rõ. Một trong những trở ngại chính là thiếu các thiết bị thăm dò thử nghiệm về tính chất lượng tử của lỗ đen. Điều quan trọng là phải xác định và khám phá những lý thuyết vi mô dẫn đến các hiện tượng có thể quan sát vĩ mô được”.
Nhóm nghiên cứu chia sẻ thêm: “Chúng tôi sẽ giúp tăng nhận thức về hiện tượng xoáy. Chúng tôi tin rằng… đặc tính xoáy trong lỗ đen có thể được hiểu mà không cần đi sâu vào các kỹ thuật của tính toán hấp dẫn lượng tử”.
Nghiên cứu mới được lấy cảm hứng một phần từ các nghiên cứu thực nghiệm về chất ngưng tụ Bose-Einstein, một trạng thái siêu lạnh của vật chất với các đặc tính lượng tử kỳ lạ rất hữu ích cho việc mô hình hóa các hành vi của lỗ đen. Theo nhóm nghiên cứu của Dvali, nhiều cuộc thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đã cho thấy sự hình thành xoáy trong các chất ngưng tụ này. Điều này cho thấy các cấu trúc cũng có thể hình thành trong các lỗ đen với tốc độ quay cực nhanh.
Các cấu trúc cũng có thể dẫn đến những đột phá phi thường ngoài lỗ đen.
Sự hiện diện của xoáy có thể giải thích tại sao các lỗ đen quay nhanh dường như không tạo ra bức xạ Hawking, một loại bức xạ của vật thể đen giải phóng ra từ lỗ đen. Các cấu trúc cũng có thể dẫn đến những đột phá phi thường ngoài lỗ đen, bao gồm cả cơ hội mở “cánh cổng vào lĩnh vực vật chất tối”.
Cổng tượng hình này có thể ẩn chứa trong các vật thể cực kỳ phát sáng được gọi là hạt nhân thiên hà đang hoạt động và được cung cấp năng lượng bởi các lỗ đen siêu lớn nằm ở trung tâm của các thiên hà lớn. Những hạt nhân này bắn ra những tia plasma khổng lồ di chuyển gần bằng tốc độ ánh sáng và có thể kéo dài qua một triệu năm ánh sáng.
Dvali và các đồng nghiệp của ông lưu ý rằng những tia phản lực đầy năng lượng này có thể phát ra các dấu hiệu từ tính của xoáy trong ánh sáng và có thể được chụp và giải mã từ ảnh chụp của kính thiên văn. Các máy bay phản lực cũng được cho là tương tác với vật chất tối, một chất chưa xác định chiếm phần lớn khối lượng trong vũ trụ. Kết quả là, các quan sát trong tương lai về máy bay phản lực và các dấu hiệu của các xoáy bên trong chúng sẽ cung cấp thông tin cho nhiệm vụ tìm hiểu vật chất tối.
Florian Kühnel, nhà vũ trụ học tại Đại học Ludwig MaximilianMünchen, Đức và là đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: “Chúng tôi vừa mới bắt tay nghiên cứu lĩnh vực xoáy của lỗ đen. Có vô số câu hỏi quan trọng và thú vị cần giải quyết để mở ra cánh cửa cho những khía cạnh lượng tử mới và thú vị của không-thời gian”.
Nghiên cứu đã được đăng tải trên tạp chí Physical Review Letters.