Bạn biết gì về vật chất tối? Theo một nghiên cứu mới, vật chất tối - một chất bí ẩn có lực hấp dẫn nhưng không phát ra bức xạ - có thể thực sự bao gồm các cụm cổ lỗ đen, được hình thành từ thuở sơ khai của vũ trụ.
Kết luận này dựa trên việc phân tích sóng hấp dẫn gây ra bởi hai vụ va chạm ở xa giữa lỗ đen và sao neutron.
Các sóng, có tên GW190425 và GW190814, được phát hiện vào năm 2019 bởi Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế laser (LIGO) ở Washington và Louisiana và giao thoa kế Virgo gần Pisa, Ý. Các phân tích trước đây đã chỉ ra rằng chúng là do va chạm giữa các lỗ đen có khối lượng gấp 1,7 đến 2,6 lần Mặt trời của chúng ta và một ngôi sao neutron có thể nhỏ hơn nhiều hoặc một lỗ đen lớn hơn nhiều. Nhưng điều đó sẽ làm cho một trong những vật thể mà các nhà vật lý thiên văn gọi là một lỗ đen khối lượng mặt trời, rõ ràng là về khối lượng của Mặt trời. Các lỗ đen có khối lượng mặt trời khá bí ẩn vì chúng không được mong đợi từ vật lý thiên văn truyền thống, trong đó các vụ nổ sao hoặc siêu tân tinh biến các ngôi sao lớn hơn thành lỗ đen.
Cũng thú vị:
- Ánh sáng phân cực tiết lộ bí mật về từ trường của lỗ đen
- Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra một lỗ đen siêu lớn đang chuyển động
Những lỗ đen khối lượng mặt trời này có thể là những lỗ đen "nguyên thủy" được tạo ra trong vụ nổ Big Bang. Hoặc chúng có thể được hình thành sau đó, khi các ngôi sao neutron được chuyển đổi thành các lỗ đen, sau khi các lỗ đen nguyên thủy bị hấp thụ, hoặc sau khi một số loại vật chất tối giả định bị hấp thụ.
Các lỗ đen ban đầu
Các lỗ đen nguyên thủy, nếu chúng tồn tại, có lẽ đã được tạo ra với số lượng lớn trong giây đầu tiên của Vụ nổ lớn khoảng 13,77 tỷ năm trước. Chúng có đủ mọi kích cỡ - nhỏ nhất là cực nhỏ, và lớn nhất sẽ gấp hàng chục nghìn lần khối lượng Mặt trời của chúng ta.
Các nhà nghiên cứu muốn xem liệu họ có thể phân biệt được sự khác biệt giữa lỗ đen nguyên thủy và lỗ đen hình thành từ sao neutron, tàn tích nhấp nháy của siêu tân tinh để lại sau khi các ngôi sao mẹ của chúng phát nổ sau khi sử dụng hết hydro trong các phản ứng tổng hợp hạt nhân hay không.
Các nhà vật lý thiên văn ước tính rằng những ngôi sao có khối lượng gấp khoảng lần khối lượng Mặt trời sụp đổ, để lại một ngôi sao neutron làm từ vật chất siêu đặc, với khối lượng xấp xỉ Mặt trời của chúng ta được đóng gói thành một quả cầu có kích thước bằng một thành phố.
Dựa theo của lý thuyết này, lực hấp dẫn mạnh của một số sao neutron sẽ liên tục hút các hạt vật chất tối. Nghiên cứu mới cho thấy rằng cuối cùng lực hấp dẫn của chúng sẽ trở nên lớn đến mức sao neutron và vật chất tối sẽ cùng nhau sụp đổ thành một lỗ đen.
Một giải pháp thay thế được đề xuất bởi nghiên cứu là ngôi sao neutron có thể đã bị thu hút và hợp nhất với một lỗ đen nguyên thủy nhỏ, sau đó định cư ở trung tâm của sao neutron và ăn vật chất xung quanh cho đến khi chỉ còn lại lỗ đen.
Sóng hấp dẫn
Các nhà khoa học lý giải rằng các lỗ đen biến đổi từ các sao neutron sẽ tuân theo cùng một phân bố khối lượng của các sao neutron mà chúng xuất phát, điều này phụ thuộc vào kích thước của các ngôi sao mẹ của chúng. Với ý nghĩ đó, họ đã kiểm tra dữ liệu từ hơn 50 lần phát hiện sóng hấp dẫn được thực hiện cho đến nay và phát hiện ra rằng chỉ có hai - GW190425 và GW190814 - liên kết với các vật thể có khối lượng phù hợp để trở thành lỗ đen nguyên thủy.
Nghiên cứu vẫn chưa có kết luận: vẫn có khả năng hai vụ va chạm liên quan đến các sao neutron có khối lượng có thể phát hiện được hoặc các lỗ đen biến đổi từ các sao neutron có kích thước này. Nhưng các tác giả viết rằng sự phân bố khối lượng của các sao neutron, có lẽ đang tồn tại trong vũ trụ, khiến điều này khó xảy ra.
Đọc thêm:
- Một sứ mệnh tới Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương có thể trở thành một máy dò sóng hấp dẫn
- Các thấu kính hấp dẫn sẽ cho phép tạo ra Internet Thiên hà