Einstein lại đúng: nghiên cứu mới cho thấy quanh lỗ đen tồn tại một “vùng trũng” đặc biệt

Học thuyết về lực hấp dẫn của Albert Einstein chỉ ra rằng gần rìa lỗ đen tồn tại một khu vực mà tại đó, vật chất không thể cưỡng lại lực hấp dẫn khổng lồ và do đó bay vào trong lỗ đen.

Phải làm rõ, đường chân trời sự kiện là giới hạn mà tại đó, mọi vật chất kể cả ánh sáng đều không thể thoát khỏi lỗ đen. Còn với vùng trũng được đề cập trong nghiên cứu mới, ánh sáng vẫn thoát được khỏi lực hấp dẫn cực mạnh.

Sử dụng kính viễn vọng có thể phát hiện được tia X để nghiên cứu một lỗ đen nằm cách Trái Đất 10.000 năm ánh sáng. một nhóm các nhà nghiên cứu đã giúp ngành thiên văn học lần đầu tiên có bằng chứng về vùng trũng này.

“Trước đây chúng tôi bỏ qua khu vực này vì không có đủ dữ liệu”, nhà khoa học Andrew Mummery, chủ biên nghiên cứu mới nói. “Nhưng giờ khi đã đủ số liệu, chúng tôi không có lời lý giải nào khác”.

Đây cũng không phải lần đầu tiên một lỗ đen giúp chứng minh học thuyết vĩ đại của Albert Einstein, ấy là thuyết tương đối rộng. Bức hình đầu tiên chụp lỗ đen, ra mắt công chúng vào năm 2019, cũng đã giúp củng cố phỏng đoán của Einstein về lực hấp dẫn, rằng chúng là một thứ vật chất với khả năng bẻ cong tấm nền không-thời gian.

Trong những năm qua, nhiều dự đoán của Einstein đã trở thành sự thật, trong số đó có sóng hấp dẫn và giới hạn tốc độ vũ trụ.

Vùng trũng “như rìa thác nước”

Quay trở lại với nghiên cứu mới. Các nhà thiên văn học đã quan sát một hệ sao có tên MAXI J1820 + 070, chứa đựng một ngôi sao nhỏ hơn Mặt Trời và một lỗ đen có trọng lượng tương đương 7-8 lần khối lượng mặt trời. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng hai kính viễn vọng không gian của NASA, NuSTAR bay trong quỹ đạo quanh Trái Đất và NICER nằm trên trạm ISS, để thu thập thông tin nhằm tìm hiểu về cách plasma bị hút vào lỗ đen.

“Quanh lỗ đen là những đĩa bồi tụ cấu thành từ vật chất từ những ngôi sao lân cận”, nhà khoa học dữ liệu Mummery nói. “Phần lớn đĩa ổn định, có nghĩa dòng vật chất chảy một cách yên bình. Có thể coi đĩa bồi tụ như một con sông, và vùng trũng kia là rìa của thác nước - không còn đáy sông nữa và vật chất lao xuống [lỗ đen]. Phần lớn những gì ta thấy là con sông, nhưng có một vùng rất nhỏ ở hạ lưu, và đó là những gì chúng tôi phát hiện ra”.

Ngành thiên văn học đã có nhiều bằng chứng về “con sông” vật chất này, nhưng nghiên cứu mới cung cấp bằng chứng đầu tiên về sự tồn tại của một “con thác”.

Không giống vùng chân trời sự kiện, vốn nằm gần trung tâm lỗ đen và không để bất cứ thứ gì lọt ra khỏi lỗ đen kể cả ánh sáng và bức xạ, thì ánh sáng vẫn có thể bay thoát khỏi vùng trũng nói trên. Phát hiện mới có thể giúp các nhà thiên văn học hiểu hơn về quá trình hình thành cũng như sinh trưởng của lỗ đen.

“Chúng ta có thể hiểu thêm nhiều thông qua nghiên cứu khu vực này, bởi nó nằm rất gần rìa, nó sẽ cho ta nhiều thông tin nhất”, nhà nghiên cứu Mummery nhận định.

Nghiên cứu vẫn còn thiếu vắng một thành tố quan trọng là ảnh chụp lỗ đen, tuy nhiên một đội ngũ các nhà nghiên cứu từ Oxford đang thực hiện một thước phim ngắn về lỗ đen tại MAXI J1820 + 070. Để có được đoạn phim này, nhóm sẽ phải xây một đài thiên văn mới: Kính viễn vọng Mi-li-mét Châu Phi đặt tại Namibia, dự kiến sẽ đi vào hoạt động trong vòng một thập kỷ nữa.

Hệ thống này sẽ sớm hợp tác với Kính viễn vọng Đường chân trời Sự kiện, thiết bị đã chụp hình lỗ đen năm 2019, trước là để quay phim Sagittarius A* - lỗ đen khổng lồ nằm tại trung tâm Dải Ngân hà, và sau sẽ hướng về những lỗ đen xa hơn nữa.