Vào ngày 29 tháng 1 năm 2020, hai đài quan sát sóng hấp dẫn LIGO (Mỹ) và Virgo (Ý) đã ghi nhận một loạt sóng hấp dẫn bay đến Trái Đất. Trong quá trình quan sát sự kiện hai hố đen hợp nhất, các nhà khoa học đã phát hiện ra một điều đặc biệt ở hố đen mới hình thành.
Hố Đen Hợp Nhất Bắn Đi Với Vận Tốc Khủng Khiếp
Hố đen này bắn đi với vận tốc lên tới 698 km/s, tương đương khoảng 2.5 triệu km/h. Nguyên nhân hố đen bay với tốc độ đáng kinh ngạc như vậy là do nó nhận được năng lượng từ một cú “bắn” với vận tốc lên tới 18 triệu km/h. Khi hai hố đen va chạm, sóng hấp dẫn sẽ hình thành, làm xáo trộn nền không-thời gian. Sóng hấp dẫn này mô tả chi tiết quá trình hai hố đen hợp nhất, đồng thời cho thấy một hiệu ứng đặc biệt được tạo ra khi hai hố đen va chạm. Khi chúng quay quanh nhau, không gian xung quanh bị rung lắc như một con quay sắp hết động năng.
Theo nhà vật lý thiên văn Vijay Varma, làm việc tại Viện Vật lý hấp dẫn Max Planck (Đức), sự kiện hai hố đen hợp nhất có thể so sánh với một khẩu súng giật. Trong khi khai hỏa, sóng hấp dẫn chính là những viên đạn làm rung động không gian. Sóng hấp dẫn bay theo một hướng, hố đen hình thành sau sự kiện hợp nhất sẽ bay theo hướng ngược lại. Các hố đen bay đi với tốc độ cao có thể giúp chúng ta khám phá ra nhiều điều mới mẻ.
Hai đài quan sát LIGO và Virgo có khả năng phát hiện các sự kiện hợp nhất của các hố đen có khối lượng sao. Đây là một thiên thể được hình thành khi một ngôi sao nổ tung thành siêu tân tinh và sụp đổ thành hố đen. Các nhà khoa học muốn xác định xem liệu các hố đen trong một cụm có liên tục ghép đôi để tạo thành các hố đen khổng lồ hay không. Tuy nhiên, có vẻ như khi hố đen thành phẩm bị bắn đi với tốc độ hàng triệu km/h, khả năng ghép đôi với hố đen cùng cụm sẽ giảm đi đáng kể.
“Mảnh Vỡ” Bị Lãng Quên Của Trái Đất Sau Sao Hỏa
Sau khi Mặt Trăng tách ra khỏi Trái Đất, một vật thể khác tiếp tục tách ra từ Mặt Trăng và ẩn náu phía sau Sao Hỏa trong suốt 4 tỷ năm. Vật thể đó là một tiểu hành tinh khổng lồ rộng tới 1km, có tên gọi 1998 VF31. Nó được phát hiện cách đây 23 năm, nhưng cho đến nay, nhờ các phương tiện hiện đại, chúng ta mới xác định được nó có kết cấu và thành phần giống hệt như Mặt Trăng của Trái Đất.
Nhóm nghiên cứu từ Đài thiên văn và Cung thiên văn Armagh ở Bắc Ireland và Mỹ đã sử dụng các thiết bị hiện đại từ Đài quan sát Nam Âu (ESO) và Kính thiên văn Rất Lớn ở Chile để nghiên cứu tiểu hành tinh đáng ngờ này. Bằng cách so sánh quang phổ của vật thể với dữ liệu quang phổ của Mặt Trăng, họ tin rằng tiểu hành tinh đặc biệt này đã tách ra từ Mặt Trăng khoảng 4 tỷ năm trước. Nó trôi dạt trong không gian và mắc kẹt tại “điểm Lagrange” của Sao Hỏa.
Điểm Lagrange là vị trí trong quỹ đạo của một hành tinh, nơi lực hấp dẫn của hành tinh và Mặt Trời cân bằng tuyệt đối. Các vật thể rơi vào vị trí này sẽ ở vị trí “tĩnh” so với hành tinh. Đó là lý do tại sao tiểu hành tinh này luôn ẩn nấp phía sau Sao Hỏa. Để một mảnh vỡ khổng lồ tách ra và bắn xa đến vị trí đó, Mặt Trăng của chúng ta đã bị một vật thể không gian khác có đường kính 125km lao vào với tốc độ 10km/s!
Bước cuối cùng để xác định mối quan hệ của tiểu hành tinh này với Mặt Trăng là tìm trên Mặt Trăng một miệng núi lửa tương ứng với chiều rộng khoảng 974km. Điều này có thể mất một thời gian vì “mặt tối” của Mặt Trăng vẫn chưa được nghiên cứu rõ ràng. Mặt Trăng bị “khóa” với Trái Đất, nghĩa là những gì chúng ta đã thấy cho đến nay chỉ là một nửa bề mặt của nó. Có rất nhiều bằng chứng cho thấy hệ Mặt Trời non trẻ chứa đầy những vụ va chạm tương tự. Có thể nói, tiểu hành tinh mới được phát hiện cũng là một phần của Trái Đất.
Theo giả thuyết và nhiều bằng chứng mà các nhà khoa học hành tinh đã tìm thấy trong thời gian gần đây, bản thân Mặt Trăng cũng là một thiên thể tách ra từ Trái Đất, với sự pha trộn của một “hành tinh tên là Theia” có thể đã va vào Trái Đất 4.5 tỷ năm trước và hợp nhất với Trái Đất. Các mảnh vỡ của cả hai hành tinh sau đó đi vào quỹ đạo của Trái Đất và hội tụ thành Mặt Trăng.
Ánh Sáng Và Bóng Tối: Liệu Có Khối Lượng?
Ánh sáng là một điều kỳ diệu, nó giúp chúng ta có thể nhìn thấy mọi thứ. Nó là bức xạ điện từ với bước sóng trong quang phổ nhìn thấy được. Ban ngày, chúng ta có thể nhìn thấy ánh sáng ở khắp mọi nơi, nó là một phần không thể thiếu của cuộc sống. Các nhà khoa học đã dành rất nhiều thời gian để nghiên cứu ánh sáng, bản chất của nó, cùng với những ứng dụng đặc biệt như năng lượng mặt trời hay quá trình quang hợp. Tuy nhiên, có một câu hỏi đơn giản trong vật lý mà không phải ai cũng biết. Câu hỏi đó là: “Ánh sáng và bóng tối có khối lượng hay không, và nếu có thì chúng nặng bao nhiêu?”
Để trả lời câu hỏi này, trước tiên chúng ta cần biết rằng ánh sáng được tạo thành từ các photon di chuyển, và đặc biệt photon không có khối lượng. Như vậy, chúng ta có thể dễ dàng kết luận rằng ánh sáng không có khối lượng. Tuy nhiên, mọi chuyện không đơn giản như vậy, vì photon không có khối lượng nhưng chúng có năng lượng. Và theo Einstein, E=mc², tức là năng lượng tương đương với khối lượng của vật thể nhân với bình phương vận tốc ánh sáng. Vậy làm thế nào một photon có thể có năng lượng, trong khi khối lượng (m) của nó bằng không.
Thực tế, điều mà Einstein muốn chứng minh là năng lượng và khối lượng có thể hoán đổi cho nhau. Ánh sáng có thể không có khối lượng cố định, tức là trọng lượng mô tả sức nặng của một vật. Tuy nhiên, theo lý thuyết của Einstein, chúng ta có thể kết luận rằng năng lượng và khối lượng cùng tồn tại. Và trên thực tế, các nhà khoa học đã chứng minh rằng ánh sáng bị ảnh hưởng bởi lực hấp dẫn. Đó là khi ánh sáng bị bẻ cong khi nó tiếp cận Mặt Trời, cũng như ánh sáng bị nuốt chửng bởi một hố đen vũ trụ.
Nhưng chỉ những vật có trọng lượng mới bị ảnh hưởng bởi lực hấp dẫn (theo công thức hấp dẫn phổ quát của Newton, F=GMm/r²). Trong trường hợp này, các nhà khoa học gọi đó là khối lượng tương đối, tức là khối lượng khi một vật thể chuyển động. Như vậy, chúng ta có thể hiểu rằng, về bản chất, ánh sáng không có khối lượng, nó chỉ có khối lượng tương đối khi di chuyển (được hiểu là năng lượng tương đương). Một điều cần lưu ý là ánh sáng là sự chuyển động của các photon, vì vậy ánh sáng luôn di chuyển, và cũng có nghĩa là nó luôn có khối lượng tương đối.
Vậy ánh sáng không di chuyển thì không có khối lượng, và trong khi đó, ánh sáng với các photon không di chuyển sẽ không tạo ra bức xạ nhìn thấy được, và đồng nghĩa với bóng tối. Như vậy, chúng ta có thể rút ra kết luận rằng bóng tối không có khối lượng, nó cũng không có khối lượng tương đối, bóng tối không có gì cả. Có thể hình dung rằng, nếu một chiếc hộp có thể chứa ánh sáng và một chiếc hộp chứa bóng tối, thì chiếc hộp chứa ánh sáng sẽ nặng hơn. Vậy khối lượng của ánh sáng là bao nhiêu? Hiện tại, các nhà khoa học vẫn chưa đưa ra được con số chính xác. Tuy nhiên, ánh sáng chuyển động có năng lượng, có khối lượng tương đối, điều này cũng có nghĩa là nó gây ra lực tác động lên vật thể mà nó chiếu vào. Các nhà khoa học đã đo được lực tương tác này của ánh sáng. Và kết quả là với khoảng 6.5cm², lực tác động này là 1/50,000kg. Nếu tính trên một diện tích lớn hơn, chúng ta sẽ có một con số thú vị hơn. Ví dụ, vào một ngày nắng ở thành phố Chicago, thì toàn bộ thành phố phải chịu một lực nén khoảng 140kg từ ánh sáng mặt trời.
Kết luận
Những khám phá mới về hố đen hợp nhất, các mảnh vỡ không gian và bản chất của ánh sáng tiếp tục mở ra những cánh cửa mới trong việc khám phá vũ trụ và hiểu biết về thế giới xung quanh chúng ta. Từ hố đen bắn đi với vận tốc khủng khiếp đến tiểu hành tinh ẩn sau Sao Hỏa và câu hỏi về khối lượng của ánh sáng, vũ trụ vẫn còn ẩn chứa nhiều điều bí ẩn chờ đợi con người khám phá.