Giải mã Hành tinh thứ 9 làm đảo lộn định luật Newton và vật chất tối

Một nghiên cứu mới cho thấy Hành tinh thứ 9 vốn rất khó phát hiện, được cho là đang ẩn nấp đâu đó ở vùng ngoài của hệ mặt trời, có thể không phải là một hành tinh. Thay vào đó, thứ mà chúng ta cho là một vật thể có khối lượng lớn chỉ có thể là manh mối cho thấy lực hấp dẫn không hoạt động như chúng ta nghĩ. Nhưng lý thuyết mới không thuyết phục được tất cả mọi người.

Giả thuyết về Hành tinh thứ 9 được đề xuất lần đầu tiên vào năm 2016. Giả thuyết lập luận rằng quỹ đạo bất thường của các vật thể trong vành đai Kuiper ngoài sao Hải vương, dường như bị kéo ra khỏi Mặt trời, có thể được giải thích bằng sự hiện diện của Hành tinh thứ 9. Người ta cũng giả định hành tinh chưa được khám phá nặng hơn Trái đất tới 10 lần. Kể từ đó, các nhà thiên văn học đã ngày đêm tìm kiếm Hành tinh 9 nhưng đến nay họ vẫn trắng tay.

Trong nghiên cứu mới, được công bố trên Tạp chí Thiên văn, các nhà nghiên cứu đã đề xuất một lời giải thích khác cho những dị thường về lực hấp dẫn được quan sát thấy ở bên ngoài hệ mặt trời. Họ chứng minh rằng những mâu thuẫn biến mất hoàn toàn khi áp dụng một khái niệm khác về lực hấp dẫn gọi là động lực học Newton cải tiến (MOND).

Định luật thứ 2 của Isaac Newton phát biểu rằng lực hấp dẫn tác động lên một vật tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa vật và vật đang hút nó, nghĩa là lực hấp dẫn yếu đi khi khoảng cách giữa hai vật tăng lên. Nhưng MOND đã điều chỉnh điều này và cho rằng khi vượt qua một khoảng cách nhất định, lực hấp dẫn không tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách, nghĩa là cường độ của lực hấp dẫn không giảm nhanh ở những khoảng cách lớn hơn. Điều này cho thấy rằng các vật thể quay quanh một vật thể lớn hơn ở khoảng cách rất xa, chẳng hạn như các ngôi sao ở vùng ngoại vi của các thiên hà xoắn ốc như dải ngân hà, sẽ chịu lực hấp dẫn lớn hơn so với tính toán của định luật thứ 2 của Newton.

Theo MOND, các vật thể trong vành đai Kuiper thực ra đang bị kéo bởi phần còn lại của thiên hà chúng ta, chứ không phải bởi một hành tinh chưa được khám phá.

Bản thân các nhà nghiên cứu cũng đã rất ngạc nhiên trước phát hiện của họ. Mục đích ban đầu trong nghiên cứu của họ là phương pháp "loại trừ" MOND để có thể dùng làm lời giải thích cho Hành tinh thứ 9. Tuy nhiên, khi họ áp dụng MOND vào vấn đề thì dường như nó đã giải quyết mọi khúc mắc một cách hoàn hảo.

Tác giả nghiên cứu Harsh Mathur, nhà vật lý lý thuyết tại Đại học Case Western Reserve (Ohio, Mỹ) cho biết: “MOND thực sự hữu hiệu trong việc giải thích các quan sát ở quy mô thiên hà. Nhưng chính tôi cũng không ngờ rằng nó sẽ có tác động ấn tượng đến thế đến vùng ngoài hệ mặt trời”.

MOND lần đầu tiên được đề xuất vào năm 1983 như một giải pháp thay thế cho vật chất tối - những hạt vô hình không rõ nguồn gốc được cho là chiếm 27% tổng số vật chất trong vũ trụ. Vật chất tối được đề xuất để giải thích "vấn đề thiếu khối lượng", nảy sinh khi các nhà thiên văn học nhận ra rằng chỉ các ngôi sao và hành tinh không thể giải thích được lực hấp dẫn quan sát được của các thiên hà. Nhưng MOND gợi ý rằng nếu các vật ở xa đang chịu lực hấp dẫn lớn hơn so với tính toán của định luật thứ 2 Newton thì có thể không thiếu khối lượng nhiều như chúng ta nghĩ ban đầu.

Tuy nhiên, MOND không thể giải thích toàn bộ khối lượng còn thiếu của vũ trụ và do đó không thể loại trừ hoàn toàn ý tưởng về vật chất tối. Và các nghiên cứu khác gợi ý rằng để dung hòa MOND với cơ học lượng tử và thuyết tương đối, thì các lý thuyết hiện có cần được bổ sung thêm một số điều vẫn còn gây tranh cãi.

Không phải ai cũng bị thuyết phục bởi giả thuyết mới về Hành tinh thứ 9

Michael Brown, nhà thiên văn học tại Caltech, người đồng đề xuất giả thuyết Hành tinh 9 chia sẻ: “Tôi sẽ rất vui với ý tưởng rằng thứ mà chúng tôi nghĩ là Hành tinh 9 thực sự là phát kiến mới. Nhưng tôi e rằng khả năng điều này trở thành sự thật là rất thấp. Có lẽ nó chỉ là một hành tinh bình thường mà thôi”.

MOND không phải là lời giải thích thay thế duy nhất cho Hành tinh thứ 9 xuất hiện trong những năm gần đây. Một số chuyên gia đề xuất rằng hành tinh giả định thực chất là một lỗ đen mini đang hút các vật thể xung quanh vào trong.

Nhưng liệu MOND có phải là câu trả lời cho bí ẩn về Hành tinh thứ 9 hay không, nhóm nghiên cứu tin rằng khái niệm này có vai trò trong việc hiểu rõ hơn về khu vực vũ trụ của chúng ta.

Tác giả nghiên cứu Katherine Brown, nhà vật lý lý thuyết tại Đại học Hamilton ở bang New York, cho biết: “Bất kể kết quả ra sao, công trình này nêu bật tiềm năng của phía ngoài hệ mặt trời, nơi đóng vai trò là “phòng thí nghiệm” để kiểm tra lực hấp dẫn và nghiên cứu các vấn đề cơ bản của vật lý”.