Vật chất tối biến sao Mộc thành hố đen, Trái đất sẽ ra sao?

9 giờ trướcBài gốc

Mô phỏng hình ảnh Trái đất và sao Mộc

Các nhà thiên văn đã xác định được hơn 5.000 hành tinh quay quanh những ngôi sao ngoài hệ Mặt trời. Những thế giới xa xôi này, được gọi là ngoại hành tinh, mang đến cho giới khoa học cơ hội quý giá để tìm hiểu cách các hành tinh hình thành và tiến hóa, đồng thời đặt ra câu hỏi liệu sự sống có thể tồn tại ở nơi nào khác trong vũ trụ hay không.

Theo một nghiên cứu mới của Đại học California, Riverside (UC Riverside) vừa công bố trên tạp chí Physical Review D, ngoại hành tinh còn có thể được dùng để khảo sát một trong những dạng vật chất bí ẩn nhất của vũ trụ: vật chất tối. Công trình này xem xét cách vật chất tối - vốn được tin là chiếm tới 85% tổng khối lượng vật chất trong toàn vũ trụ - có thể tác động đến những hành tinh khổng lồ có kích thước tương tự sao Mộc trong suốt hàng tỉ năm.

Các phép tính của nhóm nghiên cứu cho thấy các hạt vật chất tối có thể dần dần chìm xuống bên trong và tích tụ tại lõi của các hành tinh. Dù cho đến nay vật chất tối chưa từng được quan sát trực tiếp trong các thí nghiệm trên Trái Đất, giới khoa học vẫn tin tưởng chắc chắn vào sự tồn tại của nó.

Tác giả chính của nghiên cứu, Mehrdad Phoroutan-Mehr, nghiên cứu sinh Khoa Vật lý và Thiên văn, cộng tác cùng giáo sư Hai-Bo Yu, giải thích: “Nếu các hạt vật chất tối đủ nặng và không tự hủy diệt, chúng có thể cuối cùng sẽ sụp đổ thành một hố đen tí hon. Hố đen này sau đó có thể phát triển, nuốt chửng toàn bộ hành tinh, biến nó thành một hố đen có khối lượng bằng với khối lượng ban đầu của hành tinh. Kịch bản này chỉ có thể xảy ra trong khuôn khổ mô hình vật chất tối siêu nặng không hủy diệt”.

Theo mô hình vật chất tối siêu nặng không hủy diệt, các hạt vật chất tối có khối lượng cực lớn và không tiêu diệt lẫn nhau khi va chạm. Các nhà nghiên cứu tập trung vào mô hình này để chứng minh cách những hạt vật chất tối siêu nặng bị các ngoại hành tinh bắt giữ, dần mất năng lượng rồi trôi về phía lõi của chúng. Tại đó, chúng tích tụ lại và sụp đổ thành các hố đen.

Thang thời gian và hệ quả thiên hà

Phoroutan-Mehr cho biết: “Trong các ngoại hành tinh khí khổng lồ với nhiều kích thước, nhiệt độ và mật độ khác nhau, hố đen có thể hình thành trong những khoảng thời gian có thể quan sát được, thậm chí có khả năng tạo ra nhiều hố đen trong vòng đời của một ngoại hành tinh. Những kết quả này cho thấy khảo sát ngoại hành tinh có thể trở thành một phương thức để truy tìm các hạt vật chất tối siêu nặng, đặc biệt ở những khu vực được cho là giàu vật chất tối như trung tâm thiên hà Milky Way của chúng ta”.

Trong nghiên cứu này, Phoroutan-Mehr hợp tác cùng Tara Fetherolf, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ thuộc Khoa Khoa học Trái đất và Hành tinh.

Phoroutan-Mehr giải thích rằng cho đến nay, các nhà thiên văn mới chỉ phát hiện những hố đen có khối lượng lớn hơn Mặt trời. Ông cho biết hầu hết các lý thuyết hiện tại đều cho rằng hố đen phải có khối lượng ít nhất ở mức đó.

Ông nói thêm: “Phát hiện một hố đen có khối lượng bằng một hành tinh sẽ là một bước đột phá lớn. Điều đó sẽ củng cố luận điểm trong nghiên cứu của chúng tôi, đồng thời đưa ra một khả năng thay thế cho lý thuyết phổ biến rằng những hố đen cỡ hành tinh chỉ có thể hình thành trong vũ trụ sơ khai”.

Theo Phoroutan-Mehr, ngoại hành tinh chưa từng được sử dụng nhiều trong nghiên cứu vật chất tối, chủ yếu vì giới khoa học chưa có đủ dữ liệu về chúng. Ông cho biết: “Nhưng trong những năm gần đây, hiểu biết của chúng ta về ngoại hành tinh đã phát triển vượt bậc và nhiều sứ mệnh không gian sắp tới sẽ mang lại dữ liệu quan sát chi tiết hơn nữa. Với nguồn dữ liệu ngày càng phong phú này, ngoại hành tinh có thể được dùng để kiểm chứng và thách thức các mô hình vật chất tối khác nhau”.

Ngoại hành tinh bước vào cuộc tranh luận về vật chất tối

Phoroutan-Mehr cho hay trước đây, các nhà khoa học thường nghiên cứu vật chất tối bằng cách quan sát những vật thể như Mặt trời, sao neutron hay sao lùn trắng, vì các mô hình vật chất tối khác nhau có thể ảnh hưởng đến các vật thể này theo những cách khác nhau. Chẳng hạn, một số mô hình cho rằng vật chất tối có thể làm nóng các sao neutron.

Phoroutan-Mehr giải thích: “Nếu chúng ta quan sát thấy một sao neutron già và lạnh, điều đó có thể loại trừ một số đặc tính nhất định của vật chất tối, bởi về mặt lý thuyết, vật chất tối phải làm chúng nóng lên”.

Ông cũng bổ sung rằng việc nhiều ngoại hành tinh (và cả sao Mộc trong Hệ Mặt Trời) chưa sụp đổ thành hố đen có thể giúp các nhà khoa học loại bỏ hoặc tinh chỉnh các mô hình vật chất tối, chẳng hạn như mô hình vật chất tối siêu nặng không hủy diệt.

Phoroutan-Mehr lập luận: “Nếu các nhà thiên văn phát hiện một quần thể hố đen có kích thước hành tinh, điều đó có thể mang lại bằng chứng mạnh mẽ ủng hộ cho mô hình vật chất tối siêu nặng không hủy diệt. Khi chúng ta tiếp tục thu thập dữ liệu và nghiên cứu chi tiết từng hành tinh, ngoại hành tinh có thể cung cấp những manh mối then chốt để hiểu rõ hơn về bản chất của vật chất tối”.

Phoroutan-Mehr cũng lưu ý rằng một tác động tiềm tàng khác của vật chất tối đối với ngoại hành tinh - và có thể cả đối với các hành tinh trong hệ Mặt trời - là chúng có thể bị làm nóng lên hoặc phát ra bức xạ năng lượng cao.

Ông phỏng đoán: “Các thiết bị hiện nay chưa đủ nhạy để phát hiện những tín hiệu này. Nhưng trong tương lai, các kính viễn vọng và sứ mệnh không gian mới có thể sẽ ghi nhận được chúng”.

Nếu sao Mộc biến thành hố đen?

Theo mô hình nghiên cứu mà nhóm UC Riverside công bố trên Physical Review D), các hành tinh khí khổng lồ như sao Mộc là ứng cử viên lý tưởng để kiểm tra giả thuyết này. Lý do là:

Trọng lực cực mạnh của sao Mộc có thể “bắt giữ” các hạt vật chất tối khi chúng đi xuyên qua hành tinh. Khi đó, theo thời gian dài hàng tỷ năm, các hạt này sẽ mất năng lượng và lắng dần xuống lõi.

Nếu đó là dạng vật chất tối siêu nặng không hủy diệt (superheavy non-annihilating dark matter), chúng sẽ không tự tiêu diệt lẫn nhau, mà tiếp tục tích tụ.

Kịch bản được các nhà nghiên cứu đặt ra là: nếu mật độ vật chất tối trong lõi sao Mộc (hoặc các ngoại hành tinh tương tự) đủ lớn, chúng có thể sụp đổ thành một hố đen nhỏ. Hố đen này về sau có thể phát triển và thậm chí “ăn” cả hành tinh, biến hành tinh thành một hố đen có khối lượng bằng chính khối lượng sao Mộc hiện nay (khoảng 318 lần khối lượng Trái đất).

Khi đó, lực hấp dẫn tổng thể của hố đen thay thế cho sao Mộc sẽ không đổi. Các hành tinh, gồm cả Trái đất, sẽ tiếp tục quay quanh Mặt trời gần như bình thường, quỹ đạo hầu như không thay đổi. Sự khác biệt là thay vì thấy một hành tinh khổng lồ, hệ Mặt trời sẽ có một “điểm tối” siêu đặc.

Trong ngắn hạn: Trái đất không bị hút vào hố đen sao Mộc, vì khoảng cách quá xa (~778 triệu km). Hố đen nhỏ cỡ đó chỉ ảnh hưởng mạnh khi vật thể tiến đến rất gần nó. Trong dài hạn: Sự biến mất của sao Mộc với vai trò “lá chắn hấp dẫn” có thể khiến mưa thiên thạch và sao chổi va vào Trái đất nhiều hơn. Hiện nay, sao Mộc hút hoặc bẻ quỹ đạo nhiều thiên thể nguy hiểm, bảo vệ Trái đất phần nào. Nếu nó biến thành hố đen (và trở nên “vô hình”), tác dụng “bắt bóng” này sẽ suy giảm.

Bùi Tú

Nguồn Một Thế Giới : https://1thegioi.vn/vat-chat-toi-bien-sao-moc-thanh-ho-den-trai-dat-se-ra-sao-236661.html