Vụ va chạm hố đen lớn nhất trong vũ trụ tạo thành hố đen mới khổng lồ

[goodidea]

Hai hố đen khổng lồ đâm vào nhau cách đây 7 tỷ năm. Vụ va chạm này đã tạo thành hố đen mới có khối lượng lớn gấp 142 lần Mặt Trời.


Mô phỏng vụ va chạm của hai hố đen. Ảnh: Space.

Tín hiệu sóng hấp dẫn GW190521 từ vụ va chạm hố đen lớn nhất từng được phát hiện trong vũ trụ truyền tới hai máy dò của Đài quan trắc sóng hấp dẫn bằng giao thoa kế laser LIGO ở Mỹ và Virgo ở Italy vào ngày 21/5/2019 sau khi truyền qua không gian trong 7 tỷ năm. Những gợn sóng đó là dấu vết từ quá trình sáp nhập của ít nhất hai hố đen lớn gấp 85 và 66 lần Mặt Trời. Khi va chạm, chúng tạo thành hố đen nặng gấp 142 lần Mặt Trời. Phần vật chất bị thiếu nặng tương đương 9 Mặt Trời được biến đổi thành năng lượng trong lúc va chạm, gây chấn động đủ mạnh để LIGO và Virgo có thể phát hiện và giải nghĩa tín hiệu.

Chấn động làm rung chuyển khu vực không gian xung quanh Trái Đất chỉ trong 0,1 giây sau khi di chuyển lâu hơn bất kỳ sóng hấp dẫn nào từng được ghi nhận trước đây. Nhưng thông qua phân tích hình dạng sóng, các nhà nghiên cứu có thể xác định loại hố đen gây ra sự kiện và độ lớn của chúng.

Sự kiện này là vụ va chạm hố đen lớn nhất từng được phát hiện qua sóng hấp dẫn. Trong một tích tắc, hai hố đen sáp nhập giải phóng năng lượng lớn gấp 8 lần tổng số năng lượng lưu trữ trong tất cả nguyên tử của Mặt Trời dưới dạng sóng hấp dẫn, giống như kích nổ hơn một triệu tỷ quả bom nguyên tử mỗi giây trong suốt 13,8 tỷ năm.

Trước đây, hố đen được chia thành hai loại là hố đen khối lượng sao và hố đen siêu lớn. Hố đen khối lượng sao hình thành khi các ngôi sao sụp đổ, chỉ lớn gấp vài chục lần khối lượng Mặt Trời. Ngược lại, hố đen siêu lớn có khối lượng gấp hàng triệu, thậm chí hàng tỷ lần Mặt Trời và lực hấp dẫn có thể hút cả thiên hà xung quanh chúng. Dải Ngân Hà cũng có một hố đen siêu lớn ở trung tâm, tương tự phần lớn thiên hà khác. Tuy nhiên, giới nghiên cứu chưa rõ hố đen siêu lớn đến từ đâu hoặc hình thành như thế nào. Họ chưa bao giờ phát hiện sự kiện sáp nhập giữa hai hố đen lớn như vậy.

Giữa hố đen sao và hố đen siêu lớn có một "khoảng trống khối lượng" và các nhà nghiên cứu chưa phát hiện hố đen nào trong phạm vi khối lượng đó. Hố đen khối lượng sao có thể kết hợp thành hố đen khối lượng trung gian. Quá trình lặp lại tạo thành hố đen siêu lớn. "Từ lâu, chúng tôi tìm kiếm một hố đen khối lượng trung gian để lấp đầy khoảng cách giữa hố đen sao và hố đen siêu lớn. Giờ đây, chúng tôi đã có bằng chứng hố đen khối lượng trung gian tồn tại", Christopher Berry, nhà vật lý ở Đại học Northwestern, đồng tác giả nghiên cứu cho biết.

Những ngôi sao nhẹ không sụp đổ thành hố đen nhờ áp suất từ photon và khí gas ở lõi. Nhưng đối với khối lượng lớn, năng lượng ở lõi ngôi sao biến đổi photon thành các cặp electron và positron. Chúng sản sinh ít áp suất hơn photon, dẫn tới sự sụp đổ của ngôi sao. Quá trình xảy ra nhanh và mạnh đến mức phần lớn khối lượng của ngôi sao bị thổi bay vào không gian.

Cặp hố đen nặng gấp 85 và 66 lần Mặt Trời được phát hiện năm 2019 có thể là hố đen thế hệ hai, hình thành từ hai hố đen nhỏ hơn. Kết quả nghiên cứu được công bố hôm 2/9 trên tạp chí Physical Review Letters.

VietBF@sưu tập