Phát hiện gây sửng sốt về hố đen vũ trụ

Hố đen nguyên thủy có khối lượng nhỏ hơn nên quá trình phát nổ có thể diễn ra nhanh hơn. Ảnh: NASA.

Hiện tượng này không chỉ xác nhận một số giả thuyết lâu đời về hố đen mà còn giải phóng toàn bộ tập hợp các hạt cơ bản trong vũ trụ, bao gồm các hạt đã biết lẫn chưa từng được phát hiện, theo ScienceAlert.

Trong nghiên cứu được công bố trên trang Physical Review Letters vào ngày 10/9, nhóm nghiên cứu cho biết những vụ nổ này đánh dấu sự kết thúc của các hố đen nguyên thủy kích thước nhỏ, hình thành từ bình minh vũ trụ.

Từ trước đến nay, các sự kiện như vậy rất hiếm, chỉ xảy ra khoảng mỗi 100.000 năm một lần. Tuy nhiên, phân tích mới chỉ ra rằng chúng có thể phổ biến hơn nhiều, trung bình mỗi thập kỷ có thể quan sát được một vụ nổ.

Nếu điều này thật sự xảy ra, đây sẽ là bước tiến lớn của vật lý thiên văn. Bởi nó không chỉ lần đầu xác nhận sự tồn tại của hố đen nguyên thủy, mà còn làm sáng tỏ cơ chế hố đen kết thúc sự sống.

Đặc biệt, vụ nổ này dự kiến giải phóng mọi loại hạt cơ bản, từ electron, neutron, đến những loại được nghi ngờ tồn tại như vật chất tối, và thậm chí là cả những hạt hoàn toàn chưa từng được con người hình dung.

“Chúng ta sẽ có một hồ sơ trọn vẹn về tất cả loại hạt cấu thành vũ trụ. Điều đó có thể cách mạng hóa vật lý và viết lại lịch sử vũ trụ”, nhà vật lý thiên văn Joaquim Iguaz Juan, thành viên nhóm nghiên cứu, nhận định.

Ý tưởng hố đen phát nổ được nhà vật lý Stephen Hawking đề xuất từ năm 1974. Ông cho rằng ngoài việc hút mọi vật chất xung quanh, hố đen còn phát ra bức xạ do hiệu ứng lượng tử - gọi là bức xạ Hawking. Hiện tượng này khiến khối lượng hố đen giảm dần, cuối cùng bốc hơi hoàn toàn. Trong giai đoạn "hấp hối", bức xạ tăng mạnh và gây ra một vụ nổ mà con người có thể quan sát được.

Quá trình này ở hố đen khối lượng sao hay hố đen siêu khối lượng sẽ diễn ra rất lâu. Nhưng với hố đen nguyên thủy, loại hố có khối lượng ngang một tiểu hành tinh, quá trình có thể ngắn hơn nhiều.

“Càng nhẹ, hố đen càng nóng và phát ra nhiều hạt hơn. Khi bốc hơi, chúng ngày càng nhẹ, nóng hơn, và cuối cùng phát nổ”, nhà vật lý Andrea Thamm, thành viên nhóm nghiên cứu, giải thích.

Bên cạnh những dự đoán nêu trên, nhóm nghiên cứu còn đưa ra giả thuyết về sự tồn tại của “electron tối” - một dạng hạt nặng hơn electron thông thường và có thể khiến hố đen mang điện tích tối. Điều này làm chậm quá trình bức xạ Hawking, giúp các hố đen tồn tại lâu hơn và có thể vẫn còn nổ trong thời gian tới.

Nhóm nghiên cứu ước tính rằng nếu giả thuyết đúng, trung bình 10 năm một lần, một vụ nổ hố đen nguyên thủy sẽ xảy ra trong tầm quan sát của kính thiên văn tia gamma. Quan sát được hiện tượng này sẽ mở ra bằng chứng trực tiếp đầu tiên về bức xạ Hawking, đồng thời đem đến một bộ mẫu toàn diện về mọi hạt cơ bản trong vũ trụ.