Einstein lại đúng: Các nhà khoa học xác nhận "quái vật khổng lồ" có khối lượng gấp 6,5 triệu lần Mặt trời đang quay tròn

Vào năm 1915, Einstein đã công bố thuyết tương đối nổi tiếng của mình, đưa ra những dự đoán về bản chất của vũ trụ từ cách đây hơn một thế kỷ. Hơn 100 năm sau, thuyết tương đối của Einstein dường như vẫn đứng vững trước thử thách của thời gian.

Theo đó, thuyết này mới đây đã được sử dụng để dự đoán chính xác sự xuất hiện của lỗ đen siêu lớn trong thiên hà M87, vốn lần đầu tiên được các nhà thiên văn học phát hiện và quan sát cách đây vài năm thông qua dự án Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện. Giờ đây, phân tích sâu hơn về M87 cho thấy siêu lỗ đen này đang quay tròn, đúng như thuyết tương đối dự đoán.

Cách các lỗ đen tạo ra các tia năng lượng cao

Từ lâu nay, các nhà khoa học tin rằng các lỗ đen bắt đầu quay nhanh hơn khi ngôi sao tiền thân tạo ra lỗ đen sụp đổ, giống như cách một vận động viên trượt băng nghệ thuật quay nhanh hơn khi họ thu tay vào.

Theo thời gian, vật chất rơi vào đĩa bồi tụ của lỗ đen có thể tăng tốc độ quay. Theo thuyết tương đối rộng, một lỗ đen quay tròn sẽ tạo ra áp suất hấp dẫn cực mạnh lên không gian gần đó, gây ra hiện tượng gọi là kéo khung (frame-dragging) - tức hiện tượng không-thời-gian bị xoáy xung quanh một vật thể có khối lượng đang chuyển động quay.

Các nhà thiên văn học đã suy đoán rằng hiệu ứng này có thể là động lực đằng sau các chùm tia năng lượng cao phát ra từ lỗ đen, nhưng chưa ai có thể xác nhận thông qua các quan sát rằng các lỗ đen đang quay tròn.

Trong thường hợp của siêu lỗ đen ở trung tâm M87, đây là một lỗ đen có kích thước khổng lồ, với khối lượng gấp 6,5 triệu lần Mặt trời. Khi các lỗ đen khổng lồ như lỗ đen M87 'ngấu nghiến' các thiên thể khác, chúng thường tạo ra những tia plasma năng lượng cao có thể di chuyển hàng nghìn năm ánh sáng với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng. Nhóm nghiên cứu, dẫn đầu bởi nhà nghiên cứu sau tiến sĩ Cui Yuzhu thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, đã tập trung vào các luồng tia năng lượng cao trong M87 để kiểm tra một trong những dự đoán của Einstein.

M87 cách chúng ta khoảng 55 triệu năm ánh sáng, một khoảng cách khá gần xét trên quy mô liên thiên hà. Tuy nhiên, các nhà thiên văn học vẫn phải thực hiện 170 chiến dịch quan sát khác nhau từ năm 2020 đến năm 2022 mới có đủ dữ liệu để đưa ra quyết định. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng hàng loạt kính viễn vọng vô tuyến cỡ lớn trên toàn cầu để quan sát M87. 

Kết quả, phân tích dữ liệu vô tuyến cho thấy chùm tia năng lượng cao từ M87 bị lệch với trục quay, dao động lên xuống với biên độ khoảng 10 độ theo chu kỳ 11 năm, đúng như dự đoán của Thuyết tương đối rộng của Einstein. Nhóm nghiên cứu cũng kết hợp dữ liệu quan sát của họ với các mô phỏng lý thuyết bằng siêu máy tính. Họ đã chứng minh rằng trục quay của đĩa bồi tụ không thẳng hàng với trục quay của lỗ đen, dẫn đến dòng tia tiến động. Đây cũng là dự đoán của thuyết tương đối rộng của Einstein.

Những khám phá chứng minh thuyết tương đối của Einstein là đúng 

Đáng chú ý, đây không phải lần đầu tiên thuyết tương đối của Einstein được chứng minh là đúng đắn.

Chẳng hạn, thuyết tương đối của Einstein mô tả lực hấp dẫn là hệ quả của sự cong vênh của không - thời gian. Về cơ bản, một vật thể càng nặng thì càng làm cong không - thời gian và khiến các vật thể nhỏ hơn rơi về phía nó. Lý thuyết này cũng dự đoán sự tồn tại của hố đen - những vật thể khổng lồ làm cong không - thời gian đến mức thậm chí ánh sáng cũng không thể thoát ra khỏi chúng.

Khi các nhà nghiên cứu sử dụng Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện chụp được hình ảnh hố đen đầu tiên, họ đã chứng minh rằng Einstein đã đúng về một số điều rất cụ thể. Chẳng hạn, mỗi hố đen đều có một điểm không thể quay lại được gọi là chân trời sự kiện, mà phải gần như hình tròn và có kích thước được dự đoán dựa trên khối lượng của hố đen. Hình ảnh hố đen mang tính đột phá của Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện cho thấy dự đoán này hoàn toàn chính xác.

Thuyết tương đối của Einstein cũng mô tả những gợn sóng khổng lồ trong kết cấu của không-thời gian được gọi là sóng hấp dẫn. Những sóng này là kết quả của sự hợp nhất giữa các vật thể nặng nhất trong vũ trụ, chẳng hạn như hố đen và sao neutron. Thông qua một máy dò đặc biệt có tên là Đài quan sát Sóng hấp dẫn Giao thoa kế Laser (LIGO), các nhà vật lý đã xác nhận sự tồn tại của sóng hấp dẫn vào năm 2015 và tiếp tục phát hiện hàng chục ví dụ khác về sóng hấp dẫn trong những năm tiếp theo, một lần nữa chứng minh Einstein đúng.

Gần đây nhất, một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Astronomy cho thấy thời gian trôi qua chậm hơn năm lần so với hiện nay vào thời điểm hơn một tỷ năm sau vụ nổ Big Bang - vụ nổ khai sinh ra vũ trụ. Điều này cho thấy dự đoán chính của thuyết tương đối rộng của Einstein là chính xác, khi thuyết này dự đoán con người sẽ thấy vũ trụ xa xôi chuyển động chậm vì vũ trụ đang giãn nở.

Theo đó, khi các nhà thiên văn học quan sát vũ trụ xa xôi, họ không chỉ nhìn ngược thời gian về khi vũ trụ còn sơ khai. Họ cũng thấy nó chuyển động chậm hơn hiện tại, theo thuyết tương đối rộng của Einstein.

Tổng hợp