Một trong những lý thuyết nổi tiếng nhất của Stephen Hawking về vật chất tối - rằng chất bí ẩn và vô hình này được tạo thành từ các lỗ đen nguyên thủy - gần đây đã chịu một cú đánh rất lớn. Kết luận đó xuất phát từ một kính viễn vọng khổng lồ đã chụp được hình ảnh của toàn bộ thiên hà trong một lần chụp.
Những phát hiện không loại trừ hoàn toàn khái niệm nổi tiếng của Stephen Hawking. Nhưng họ cho rằng các lỗ đen nguyên thủy sẽ phải thực sự nhỏ bé để giải thích vật chất tối.
Bí ẩn vật chất tối
Vật chất tối là tên được các nhà vật lý đưa ra để giải thích một hiện tượng đặc biệt bí ẩn: Mọi thứ trong vũ trụ đều chuyển động, quỹ đạo và quay như thể có khối lượng lớn hơn chúng ta có thể phát hiện. Giải thích cho vật chất tối bao gồm từ các hạt ma quái gọi là neutrino đến các hạt chưa biết, đến các định luật vật lý mới. Vào những năm 1970, Stephen Hawking và các đồng nghiệp đã đưa ra giả thuyết rằng Vụ nổ lớn có thể đã tạo ra một số lượng lớn các lỗ đen tương đối nhỏ - mỗi lỗ có kích thước tương đương một proton. Những lỗ đen nhỏ bé, cổ xưa này sẽ khó nhìn thấy, nhưng sẽ gây ra lực hấp dẫn lớn lên các vật thể khác - hai tính chất đã biết của vật chất tối.
Tuy nhiên, các lỗ đen không phát ra ánh sáng, các lỗ đen siêu lớn, giống như lỗ ở trung tâm của thiên hà Messier 87, được bao quanh bởi các đĩa vật chất nóng sáng. Tuy nhiên, các lỗ đen nguyên thủy nhỏ hơn hàng tỷ lần và không nhìn thấy vật chất phát sáng xung quanh chúng. Thay vào đó, tìm kiếm các lỗ đen nhỏ có nghĩa là tìm kiếm những nơi mà trường hấp dẫn mạnh mẽ của chúng bẻ cong ánh sáng - một hiện tượng gọi là microlensing.
Kính viễn vọng tìm thấy các lỗ đen vi mô bằng cách chụp nhiều hình ảnh khác nhau của một ngôi sao theo thời gian. Một lỗ đen đi qua phía trước ngôi sao đó sẽ làm biến dạng ánh sáng của nó, khiến nó nhấp nháy; lỗ đen càng nhỏ, đèn flash càng nhanh. "Nếu một vật thể siêu nhỏ có, hãy nói một khối lượng mặt trời", Takada nói với Live Science, đề cập đến khối lượng của mặt trời, "thời gian giống như một vài tháng hoặc một năm." Nhưng các lỗ đen nguyên thủy mà họ đang tìm kiếm chỉ có một phần nhỏ khối lượng đó, xấp xỉ khối lượng của mặt trăng. Điều đó có nghĩa là đèn flash của họ sẽ ngắn hơn nhiều. HSC là "độc nhất vô nhị", Takada nói, ở chỗ nó cho phép họ chụp ảnh tất cả các ngôi sao trong thiên hà Andromeda cùng một lúc, với tốc độ phơi sáng nhanh (đến các nhà thiên văn học) - mỗi khoảng thời gian chỉ dài 2 phút.
Takada và nhóm của ông đã chụp khoảng 200 bức ảnh về thiên hà Andromeda trong hơn 7 giờ vào một đêm trời quang. Họ chỉ tìm thấy một sự kiện microlensing tiềm năng. Nếu các lỗ đen nguyên thủy chiếm một phần đáng kể của vật chất tối, Takada nói, đáng lẽ họ đã nhìn thấy khoảng 1.000 tín hiệu vi phân.
"Microlensing là tiêu chuẩn vàng để phát hiện các lỗ đen hoặc loại bỏ chúng", Simeon Bird, nhà vật lý lỗ đen tại Đại học California - Riverside, người không tham gia vào công việc cho biết. "Công trình này loại trừ các lỗ đen nguyên thủy là vật chất tối trong một phạm vi khối lượng mà các ràng buộc trước đó không mạnh và cũng không mạnh bằng cái mới này. Đó là một kết quả rất tốt."
Đây có phải là chiếc đinh cuối cùng trong quan tài? Liệu lý thuyết của Hawking có thực sự chết? Không phải như vậy, theo Bird và Takada, người nói rằng các lỗ đen nguyên thủy của một phạm vi quần chúng nhất định vẫn chưa bị loại bỏ hoàn toàn với tư cách là ứng cử viên.
"Vẫn còn một số khối lượng mà các ràng buộc là yếu, khoảng 20-30 khối lượng mặt trời", Bird nói với Live Science. "Chúng vẫn có thể là 1% đến 10% vật chất tối, và vẫn còn một cửa sổ với khối lượng thấp hơn, giống như khối lượng của một tiểu hành tinh rất nhỏ."
"Các nhà vật lý của chúng tôi rất phấn khích vì vẫn còn một cửa sổ," Takada nói. Dữ liệu không thể loại trừ những lỗ đen nhỏ xíu đó bởi vì những tia sáng từ những lỗ đen đó sẽ quá ngắn, "vì vậy chúng ta cần nghĩ ra một phương pháp khác để làm điều đó."
Tuy nhiên, có một "đèn flash" được phát hiện trong khảo sát của họ. Mặc dù là một kết quả sơ bộ duy nhất, nhưng cuối cùng nó có thể cực kỳ quan trọng: phát hiện đầu tiên về một lỗ đen nguyên thủy, sẽ là một xác nhận đột phá cho một số công việc của Hawking.
"Chỉ có một quan sát là không thuyết phục," Takada nói. "Chúng tôi cần nhiều quan sát hơn để xác nhận. Nếu thực sự, chúng tôi nên tiếp tục tìm thấy điều tương tự" khi họ tiếp tục sử dụng HSC để tìm kiếm thêm microlensing.
