Hố đen tí hon phát nổ dưới đáy biển: Phát hiện lớn chứng minh Stephen Hawking đã đúng?

Khoảng năm thập kỷ trước, nhà vật lý lý thuyết nổi tiếng Stephen Hawking từng đưa ra một giả thuyết táo bạo rằng: vụ nổ Big Bang có thể đã tạo ra hàng loạt những hố đen siêu nhỏ tràn ngập khắp vũ trụ. Cho tới nay, lý thuyết này vẫn chưa thể chứng minh một cách rõ ràng. Nhưng một phát hiện mới đây dưới đáy biển có thể sẽ làm thay đổi tất cả.

Tháng 2 năm 2025, nhóm nghiên cứu KM3NeT—với các thiết bị dò neutrino đặt dưới đáy biển gần bờ biển Pháp, Ý và Hy Lạp—đã công bố rằng họ phát hiện một hạt neutrino cực kỳ mạnh mẽ dưới đáy biển. Đây là một loại hạt "ma quái" hầu như không tương tác với vật chất, và đặc biệt, hạt neutrino này có năng lượng lên tới khoảng 100 PeV, mạnh gấp hơn 25 lần năng lượng mà máy gia tốc hạt LHC—cỗ máy gia tốc hạt mạnh nhất thế giới—có thể tạo ra.

Các nhà vật lý trên toàn thế giới đang đau đầu để lý giải nguồn gốc của hạt neutrino kỳ lạ này. Nhưng giờ đây, một nhóm nhà nghiên cứu độc lập (không tham gia phát hiện ban đầu) vừa đưa ra một giả thuyết gây bất ngờ: hạt neutrino nói trên có thể là dấu hiệu của một hố đen tí hon vừa "bốc hơi" và phát nổ. Nhóm nghiên cứu này đã trình bày giả thuyết trong một bài báo đăng lên cơ sở dữ liệu arXiv (bài viết chưa được bình duyệt).

Quay trở lại những năm 1970, Stephen Hawking đã nhận ra rằng hố đen thực ra không hoàn toàn "đen tối". Thay vào đó, do tương tác lượng tử tại ranh giới sự kiện của hố đen, nó liên tục phát ra một lượng nhỏ bức xạ, gọi là bức xạ Hawking. Điều này có nghĩa là hố đen sẽ mất dần năng lượng, thu nhỏ kích thước và cuối cùng sẽ bốc hơi, thậm chí phát nổ, giải phóng ra các hạt có năng lượng cực lớn, chẳng hạn như neutrino vừa được phát hiện bởi KM3NeT.

Tuy nhiên, tất cả các hố đen mà chúng ta biết hiện nay đều rất lớn, có khối lượng gấp ít nhất vài lần Mặt Trời, và cần đến thời gian cực kỳ dài (hơn 10¹⁰⁰ năm) mới hoàn toàn tan biến. Để có thể tạo ra một vụ nổ neutrino như KM3NeT vừa quan sát, thì hố đen gây ra vụ nổ đó phải nhỏ hơn rất nhiều: khoảng 10.000 kg, tương đương hai con voi châu Phi trưởng thành, nhưng lại nén vào không gian nhỏ hơn một nguyên tử.

Hiện tại, cách duy nhất có thể tạo ra những hố đen nhỏ bé này là thông qua các sự kiện hỗn loạn trong vũ trụ sơ khai, tức ngay sau vụ nổ Big Bang. Các hố đen nguyên thủy nhỏ nhất sẽ nhanh chóng bốc hơi hết ngay từ lâu, còn các hố đen lớn hơn sẽ tồn tại dai dẳng đến ngày nay.

Nhưng điều gây khó hiểu là một hố đen nhỏ 10.000 kg đáng lẽ không thể tồn tại từ thời Big Bang đến tận hiện tại. Nhóm tác giả của nghiên cứu mới đã đưa ra một cơ chế lượng tử bổ sung, gọi là "memory burden", cho phép hố đen nhỏ tồn tại lâu hơn bình thường. Nhờ cơ chế này, một hố đen nhỏ có thể tồn tại hàng tỷ năm trước khi phát nổ, giải phóng ra hạt neutrino mang năng lượng cao hướng về Trái Đất.

Các hố đen nguyên thủy này cũng được xem như một trong những ứng viên giải thích cho "vật chất tối"—dạng vật chất vô hình chiếm phần lớn vũ trụ mà khoa học vẫn chưa hiểu rõ. Nhưng dù rất nhiều nghiên cứu đã được thực hiện, chúng ta vẫn chưa thể xác nhận được sự tồn tại của chúng. Phát hiện lần này có thể mở ra hướng đi mới quan trọng: nếu giả thuyết này chính xác, KM3NeT sẽ còn phát hiện thêm nhiều vụ nổ neutrino tương tự trong vài năm tới.