Lỗ đen là những vùng không gian có lực hấp dẫn mạnh đến mức ngay cả ánh sáng cũng không thể thoát ra, là biểu tượng cho những gì huyền bí và khó nắm bắt nhất của vũ trụ. Mới đây, một nhóm các nhà thiên văn học Trung Quốc đã công bố một phát hiện gây chấn động: họ cho rằng đã lần đầu tiên phát hiện ra hệ thống ba lỗ đen cùng tồn tại và khóa chặt nhau.
Phát hiện này không chỉ mở ra hướng nghiên cứu mới về sự hình thành và tiến hóa của các hố đen, mà còn thách thức nhiều giả thuyết trước nay về vũ trụ.
Câu chuyện bắt đầu từ một sự kiện sóng hấp dẫn bí ẩn từng được ghi nhận cách đây sáu năm. Năm 2019, Đài quan sát Sóng hấp dẫn Giao thoa kế Laser (LIGO) tại Mỹ đã phát hiện ra những gợn sóng cực kỳ yếu trong cấu trúc không-thời gian, được gọi là sóng hấp dẫn.
Đây là những rung động sinh ra từ những va chạm vũ trụ khổng lồ, giống như khi ném một hòn đá xuống mặt hồ và tạo ra những vòng sóng loang ra khắp nơi.
Sự kiện được đặt tên là GW190814 này đặc biệt thu hút sự chú ý vì nó cho thấy sự hợp nhất giữa hai lỗ đen có khối lượng rất khác nhau: một lỗ đen nặng gấp 23 lần Mặt Trời và một lỗ đen nhỏ hơn chỉ gấp 2,6 lần.
Trong các kịch bản sáp nhập lỗ đen, thông thường hai vật thể sẽ có khối lượng gần tương đồng, bởi lực hút và sự tương tác hấp dẫn khi đó dễ dàng đẩy chúng đến va chạm. Nhưng với GW190814, tỉ lệ khối lượng chênh lệch lại quá bất thường, đến mức nó từng được ghi nhận là "sự kiện hợp nhất không cân xứng nhất" kể từ khi con người quan sát được sóng hấp dẫn. Nhiều nhà khoa học khi đó đã đặt câu hỏi: điều gì đã khiến cho hai vật thể chênh lệch quá lớn về khối lượng lại có thể sáp nhập?
Câu trả lời chỉ dần hé lộ trong nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí The Astrophysical Journal Letters vào cuối tháng 7 vừa qua. Nhóm nghiên cứu Trung Quốc cho rằng, để sự hợp nhất kỳ lạ này xảy ra, chắc hẳn phải có sự can thiệp của một "người thứ ba", một vật thể khổng lồ ẩn mình trong bóng tối, tạo ra lực hấp dẫn cần thiết để dẫn dắt hai lỗ đen bất cân xứng kia vào quỹ đạo va chạm.
Sau khi tiến hành mô phỏng trên máy tính, các nhà khoa học đã tìm thấy một tín hiệu "vân tay" đặc trưng của vật thể thứ ba này trong dữ liệu LIGO gốc. Và từ đó, họ mạnh dạn đưa ra giả thuyết: GW190814 không chỉ đơn thuần là sự hợp nhất của hai lỗ đen, mà thực chất là một phần trong một hệ thống ba lỗ đen hiếm thấy.
Theo phân tích, vật thể thứ ba nhiều khả năng là một hố đen siêu lớn, với khối lượng ít nhất gấp 100.000 lần Mặt Trời. Đây là quy mô khổng lồ so với hai lỗ đen ban đầu. Cặp lỗ đen nhỏ hơn dường như đã hình thành một hệ nhị phân, vừa quay quanh nhau, vừa cùng di chuyển trong quỹ đạo xoay quanh hố đen siêu lớn này.
Có thể hình dung cấu hình này giống như Mặt Trăng quay quanh Trái Đất, và cả hai lại cùng tham gia chuyến hành trình dài quanh Mặt Trời. Đây là lần đầu tiên giới khoa học chứng kiến một hệ thống "đa tầng" như vậy trong vũ trụ của các hố đen.
Phát hiện này không chỉ giúp giải thích vì sao hai lỗ đen với khối lượng quá chênh lệch lại có thể sáp nhập, mà còn đặt ra một viễn cảnh thú vị về tương lai. Theo dự đoán, lỗ đen mới hình thành từ vụ hợp nhất sẽ tiếp tục quay quanh hố đen siêu lớn kia trong hàng tỷ năm, trước khi đến một thời điểm nào đó bị hút vào và trở thành một phần của gã khổng lồ kia.
Khi điều đó xảy ra, vũ trụ sẽ lại rung chuyển với một đợt sóng hấp dẫn mới, mạnh mẽ và dữ dội hơn nhiều.
Đồng tác giả nghiên cứu, nhà thiên văn học Wen-Biao Han thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, nhận định: "Đây là bằng chứng quốc tế đầu tiên cho thấy sự tồn tại của một vật thể đặc thứ ba trong một sự kiện hợp nhất lỗ đen đôi. Nó mở ra khả năng rằng những lỗ đen đôi mà chúng ta quan sát được có thể không phải là những hệ độc lập, mà chỉ là một phần trong những hệ thống hấp dẫn phức tạp hơn nhiều".
Kể từ khi LIGO lần đầu tiên phát hiện sóng hấp dẫn vào năm 2015, nhân loại đã có thêm một "công cụ" vô giá để quan sát vũ trụ. Hơn 100 sự kiện sóng hấp dẫn đã được ghi nhận kể từ đó, phần lớn xuất phát từ sự hợp nhất của các lỗ đen.
Nhưng GW190814 và giả thuyết về hệ thống ba lỗ đen lần này đặc biệt quan trọng, vì nó cung cấp cho các nhà khoa học một manh mối hoàn toàn mới: những "gã khổng lồ ẩn mình" trong vũ trụ có thể nhiều hơn chúng ta tưởng, và chúng chỉ lộ diện khi tác động đến những sự kiện bất thường như vụ hợp nhất vừa qua.
Đối với giới thiên văn, mỗi phát hiện như vậy không chỉ dừng lại ở một con số hay một biểu đồ. Nó còn mở ra những câu hỏi lớn về cách mà vũ trụ hình thành và tiến hóa. Liệu những hệ thống ba lỗ đen như vậy có phổ biến trong vũ trụ hay chỉ là sự hiếm hoi? Liệu chúng có thể là "cái nôi" cho những vụ va chạm kỳ lạ khác mà chúng ta chưa từng quan sát? Và quan trọng hơn cả, liệu chúng ta có thể tận dụng những dữ liệu này để lần ra thêm nhiều hố đen siêu lớn vẫn đang ẩn nấp trong bóng tối?
