Các nhà vật lý đã phân tích hai vụ va chạm dữ dội giữa các lỗ đen xảy ra cách nhau đúng một tháng và phát hiện ra bằng chứng đầy thuyết phục cho thấy có sự tham gia của những lỗ đen “thế hệ thứ hai” - tức là những lỗ đen được hình thành từ các vụ hợp nhất trước đó.
Các nhà khoa học đã tìm thấy hai cặp lỗ đen đang hợp nhất, và họ cho rằng trong mỗi cặp, lỗ đen lớn hơn là sản phẩm còn sót lại của một vụ va chạm trước.
Hành vi bất thường của hai lỗ đen lớn này được quan sát thông qua các gợn sóng trong không-thời gian gọi là sóng hấp dẫn, đã được mô tả trong bài báo công bố ngày 28 tháng 10 năm 2025 trên The Astrophysical Journal Letters (tạp chí hàng đầu về xuất bản nhanh các nghiên cứu thiên văn có tác động lớn).
Dấu hiệu then chốt là hai điểm: trong mỗi vụ hợp nhất, lỗ đen lớn hơn quay rất nhanh và có khối lượng lớn hơn đáng kể so với lỗ đen nhỏ hơn mà nó nuốt chửng. Các sự kiện này được phát hiện nhờ mạng lưới hợp tác quốc tế LIGO-Virgo-KAGRA, gồm các đài quan trắc sóng hấp dẫn đặt tại nhiều nơi trên thế giới, được thiết kế để ghi nhận những biến động mạnh trong không gian như các vụ hợp nhất lỗ đen hay va chạm sao neutron.
Kết quả nghiên cứu “mang lại bằng chứng đầy hứa hẹn rằng những lỗ đen này được hình thành từ các vụ hợp nhất lỗ đen trước đó,” đồng tác giả Stephen Fairhurst, giáo sư tại Đại học Cardiff (Anh) và là người phát ngôn của Nhóm hợp tác khoa học LIGO, cho biết trong thông cáo.
Nghiên cứu này dựa trên hai vụ hợp nhất được phát hiện gần đây, xảy ra chỉ cách nhau một tháng. Việc phân tích các tín hiệu sóng hấp dẫn từ hai sự kiện này giúp các nhà nghiên cứu xác định được khối lượng, tốc độ quay và khoảng cách của các lỗ đen tham gia.
Trong sự kiện đầu tiên, xảy ra vào ngày 11 tháng 10 năm 2024, các nhà khoa học phát hiện hai lỗ đen (có khối lượng lần lượt gấp 6 và 20 lần khối lượng Mặt Trời) hợp nhất trong một vụ va chạm được đặt tên GW241011, cách Trái Đất khoảng 700 triệu năm ánh sáng. Lỗ đen lớn hơn là một trong những lỗ đen quay nhanh nhất từng được ghi nhận.
Vụ hợp nhất thứ hai, mang tên GW241110, được phát hiện vào ngày 10 tháng 11 năm 2024, liên quan đến hai lỗ đen có khối lượng gấp 8 và 17 lần Mặt Trời. Sự kiện này diễn ra xa hơn, ở khoảng cách 2,4 tỷ năm ánh sáng. Đặc biệt, lỗ đen lớn hơn trong vụ này lại quay ngược chiều với quỹ đạo chuyển động (điều chưa từng được quan sát trước đây).
Các nhà khoa học cho biết cả hai vụ hợp nhất đều có những đặc điểm khác thường: lỗ đen lớn trong mỗi vụ gần gấp đôi khối lượng của lỗ đen nhỏ hơn, và tốc độ quay của chúng cũng khác biệt rõ rệt so với hàng trăm vụ hợp nhất từng được phát hiện thông qua sóng hấp dẫn kể từ khi LIGO lần đầu ghi nhận hiện tượng này vào năm 2015.
Nhóm nghiên cứu cho rằng các lỗ đen lớn trong hai sự kiện trên có thể đã hình thành qua một quá trình gọi là “hierarchical merger” (tạm dịch: hợp nhất phân cấp) - xảy ra trong những môi trường đặc biệt dày đặc như cụm sao, nơi các lỗ đen thường xuyên tiến gần và va chạm với nhau.
“Đây là một trong những khám phá thú vị nhất của chúng tôi cho đến nay,” đồng tác giả Jess McIver, nhà vật lý thiên văn tại Đại học British Columbia (Canada), chia sẻ. “Những sự kiện này là bằng chứng mạnh mẽ cho thấy có những vùng đặc biệt dày đặc trong vũ trụ, nơi các tàn dư sao liên tục bị hút vào nhau.”
Ngoài việc phát hiện khả năng tồn tại của các lỗ đen “thế hệ thứ hai”, các nhà khoa học cho biết hai vụ hợp nhất này cũng tiếp tục xác nhận những hiện tượng vật lý do Albert Einstein dự đoán hơn một thế kỷ trước, đồng thời giúp họ hiểu rõ hơn về bản chất của vật chất cơ bản.
Ví dụ, sự kiện GW241011 tạo ra tín hiệu sóng hấp dẫn đủ rõ để các nhà khoa học quan sát thấy lỗ đen lớn bị biến dạng khi quay nhanh - hiện tượng được dự đoán bởi thuyết tương đối rộng của Einstein và các mô hình về lỗ đen quay của nhà toán học Roy Kerr.
Sự kiện này cũng tạo ra một “tiếng ngân” trong tín hiệu sóng hấp dẫn, do sự chênh lệch lớn giữa khối lượng của hai lỗ đen (Nhóm nghiên cứu ví tiếng ngân này như các bội âm của nhạc cụ). Quan sát này cũng góp phần xác nhận thêm các tiên đoán của Einstein.
Nguyễn Đình Nam
Theo Livescience
