Theo Space, mặc dù những gì xảy ra bên trong hố đen vẫn còn là một bí ẩn, quá trình hợp nhất của chúng đã được mô phỏng và quan sát nhờ sự ra đời của sóng hấp dẫn - những “gợn sóng” trong không gian-thời gian do sự tương tác mạnh mẽ của hai vật thể cực kỳ khối lượng này.

Cuộc xoay tròn tử thần

Hành trình dẫn đến sự hợp nhất của hố đen bắt đầu khi hai hố đen quay quanh nhau theo quỹ đạo. Chúng có thể đã bắt đầu như một cặp sao đôi, hoặc ngẫu nhiên gặp nhau trong khoảng không vũ trụ sâu thẳm. Để tiến tới sự hợp nhất, cả hai cần phải mất năng lượng, điều này xảy ra qua quá trình tương tác với môi trường xung quanh. Bất cứ bụi, khí, hoặc thậm chí các thiên thể gần đó đều có thể bị hút vào, hoặc chỉ đơn giản là thoát ra, mang theo một phần năng lượng quỹ đạo của hố đen.

Nhưng không chỉ có sự tương tác với môi trường làm tiêu hao năng lượng, mà khi hai hố đen tiến gần nhau hơn, chúng còn làm rung chuyển không gian-thời gian, phát ra sóng hấp dẫn. Sóng này mang đi năng lượng từ hệ thống, khiến hai hố đen dần dần di chuyển gần nhau hơn. Tuy nhiên, sóng hấp dẫn chỉ thực sự mạnh khi hai hố đen cách nhau một khoảng cách cực nhỏ.

Bài toán chưa có lời giải

Một thách thức trong vật lý thiên văn được gọi là "bài toán parsec cuối cùng" xuất hiện khi hai hố đen tiến đến khoảng cách gần 1 parsec (khoảng 3,26 năm ánh sáng). Tại khoảng cách này, môi trường không cung cấp đủ năng lượng để kéo chúng lại gần hơn, trong khi sóng hấp dẫn vẫn còn quá yếu để hoàn thành nhiệm vụ. Vậy làm thế nào hai hố đen vượt qua giai đoạn này để tiến tới hợp nhất? Đây vẫn là câu hỏi chưa có lời giải.

Tuy nhiên, các mô phỏng cho thấy, một khi vượt qua được khoảng cách này, sóng hấp dẫn bắt đầu tăng cường và dần tiêu hao năng lượng nhanh chóng, đẩy hai hố đen tới điểm hợp nhất.

Sự hợp nhất

Khi hai hố đen ở rất gần, chúng bắt đầu ảnh hưởng trực tiếp đến hình dạng của nhau. Mặc dù hố đen không có bề mặt thực sự, chân trời sự kiện - ranh giới vô hình xung quanh một hố đen, đánh dấu điểm mà từ đó không có bất kỳ vật chất hay bức xạ nào, bao gồm cả ánh sáng, có thể thoát ra ngoài do lực hấp dẫn cực mạnh của hố đen - bắt đầu kéo dài và biến dạng. Chúng hình thành các tua nhỏ, kéo dài về phía nhau, dần dần tạo thành một cầu nối, giống như một sợi dây rốn giữa hai hố đen.

Trong khoảnh khắc cuối cùng, cây cầu này mở rộng, hai chân trời sự kiện hợp nhất, và hai hố đen trở thành một. Từ góc nhìn bên ngoài, sự hợp nhất này diễn ra trong thời gian rất ngắn, nhưng bên trong - tại điểm kỳ dị, nơi mà mật độ và lực hấp dẫn trở nên vô hạn - mọi thứ vẫn còn là một bí ẩn lớn. Tại đó, vật lý hiện tại của chúng ta bị phá vỡ và không có mô hình nào có thể mô tả chính xác điều gì xảy ra.

Sự biến mất của khối lượng

Một điều thú vị là hố đen mới được tạo ra từ quá trình hợp nhất có khối lượng nhỏ hơn tổng khối lượng của hai hố đen ban đầu. Khi các nhà khoa học quan sát sự kiện hợp nhất thông qua sóng hấp dẫn vào năm 2016, họ nhận ra rằng một phần khối lượng bị "mất" đã chuyển đổi thành năng lượng sóng hấp dẫn. Ví dụ, trong một vụ hợp nhất, khoảng 5% khối lượng của hệ thống đã biến mất dưới dạng năng lượng sóng hấp dẫn, một con số tương đương với việc biến 3 mặt trời thành năng lượng thuần túy.

Khi hai hố đen va chạm, chúng tạo ra nhiều năng lượng hơn mọi ngôi sao trong vũ trụ - nhưng sự kiện này diễn ra trong sự im lặng tuyệt đối, không ánh sáng, không âm thanh, chỉ có sự dao động của không gian-thời gian. Đây chính là vẻ đẹp tĩnh lặng và đáng sợ của các hố đen - chúng hoạt động trong bóng tối hoàn toàn, với sức mạnh hủy diệt vượt xa mọi hiện tượng thiên văn khác mà chúng ta có thể quan sát.

Cuối cùng, hợp nhất hố đen vẫn là một câu chuyện chưa có lời kết rõ ràng. Mặc dù khoa học đã tiến xa trong việc hiểu các bước ngoại vi của quá trình này, nhưng bí mật bên trong - điều gì thực sự xảy ra trong “bóng tối” tuyệt đối của điểm kỳ dị - vẫn còn là một trong những bí ẩn lớn nhất của vũ trụ.

Hoàng Vũ