Phát hiện hố đen 'thế hệ thứ hai' hiếm gặp: Einstein lại đúng

Hai sự kiện này, được ghi nhận qua các gợn sóng không gian - thời gian (sóng hấp dẫn), vừa được công bố trên The Astrophysical Journal Letters. Những sóng này được phát hiện bởi mạng lưới LIGO-Virgo-KAGRA, hệ thống đài quan sát sóng hấp dẫn trên toàn cầu, chuyên "lắng nghe" những biến động dữ dội như va chạm giữa các hố đen hoặc sao neutron.

Vụ đầu tiên xảy ra ngày 11-10-2024, giữa hai hố đen có khối lượng gấp 6 và 20 lần Mặt trời, cách Trái đất khoảng 700 triệu năm ánh sáng. Hố đen lớn hơn trong vụ này quay với tốc độ nhanh bất thường, thuộc nhóm nhanh nhất từng được phát hiện.

Chỉ một tháng sau, ngày 10-11-2024, các nhà khoa học lại phát hiện vụ hợp nhất thứ hai, giữa hai lỗ đen nặng 8 và 17 lần Mặt trời, cách xa tới 2,4 tỉ năm ánh sáng. Điều gây ngạc nhiên là hố đen lớn hơn trong vụ này lại quay ngược chiều với quỹ đạo của chính nó, điều chưa từng ghi nhận trước đây.

Cả hai vụ va chạm đều cho thấy hố đen lớn gấp đôi "đối tác" của nó, và có cách quay rất khác biệt so với hàng trăm vụ hợp nhất từng được ghi nhận kể từ khi LIGO lần đầu phát hiện sóng hấp dẫn vào năm 2015.

Theo nhóm nghiên cứu, hành vi kỳ lạ này có thể được lý giải nếu hố đen lớn trong mỗi vụ va chạm từng là kết quả của một vụ hợp nhất trước đó, tức là "hố đen thế hệ thứ hai". Quá trình này, gọi là hợp nhất phân cấp (hierarchical merger), thường xảy ra trong những vùng đặc biệt dày đặc của vũ trụ như cụm sao, nơi hố đen có thể va chạm, "tái hôn" và hợp nhất nhiều lần.

"Đây là một trong những phát hiện thú vị nhất của chúng tôi cho đến nay", nhà vật lý thiên văn Jess McIver (Đại học British Columbia, Canada) chia sẻ.

"Những sự kiện này cho thấy có những khu vực trong vũ trụ vô cùng đông đúc, nơi các ngôi sao chết vẫn tiếp tục va vào nhau".

Ngoài việc phát hiện ra các lỗ đen "thế hệ hai", hai vụ va chạm này còn giúp xác nhận thêm một lần nữa những tiên đoán của Albert Einstein hơn một thế kỷ trước.

Trong vụ GW241011, tín hiệu sóng hấp dẫn ghi nhận rõ sự biến dạng của lỗ đen khi nó quay, phù hợp với dự đoán trong thuyết tương đối rộng của Einstein và các công trình của nhà toán học Roy Kerr về lỗ đen quay.

Đặc biệt, vụ này còn tạo ra một "âm vang" trong tín hiệu sóng hấp dẫn, do lỗ đen lớn có kích thước vượt trội so với bạn đồng hành. Âm vang đó tương tự như những nốt cộng hưởng trong một nhạc cụ, và một lần nữa hoàn toàn khớp với dự đoán từ các phương trình Einstein.

Từ phát hiện đầu tiên năm 2015, các đài quan sát sóng hấp dẫn đã ghi nhận hàng trăm vụ hợp nhất lỗ đen, nhưng những sự kiện như thế này vẫn cực kỳ hiếm. Chúng giúp các nhà khoa học hiểu sâu hơn về cách lỗ đen hình thành, tiến hóa và tương tác, đồng thời tiếp tục chứng minh rằng Einstein vẫn chưa bao giờ sai khi nói về cách vũ trụ uốn cong không gian và thời gian.