Một nghiên cứu mới đây đã đưa ra bằng chứng về vụ va chạm giữa hai hố đen với quy mô lớn nhất từng được ghi nhận, được ký hiệu là GW231123. Sự kiện này được coi là vụ hợp nhất hố đen lớn nhất trong lịch sử quan sát, với mỗi hố đen có khối lượng gấp hàng trăm lần khối lượng của Mặt Trời.
Các nhà thiên văn học sử dụng Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế laser (LIGO) đã phát hiện ra sự kiện này. Những gợn sóng nhẹ trong không gian-thời gian được tạo ra từ vụ va chạm giữa hai hố đen đã được quan sát. Các nhà vật lý gọi những gợn sóng này là sóng hấp dẫn.
Sóng hấp dẫn đã được dự đoán bởi Albert Einstein vào năm 1915 trong thuyết tương đối rộng. Tuy nhiên, Einstein tin rằng chúng quá yếu để có thể được phát hiện bằng công nghệ của con người vào thời điểm đó. Phải đến năm 2016, LIGO mới lần đầu tiên ghi nhận được sóng hấp dẫn trong một vụ va chạm giữa hai hố đen.
Kể từ phát hiện đầu tiên, LIGO cùng với các thiết bị đồng hành như Virgo ở Ý và KAGRA ở Nhật Bản, đã ghi nhận được khoảng 300 vụ hợp nhất hố đen. Tuy nhiên, GW231123 là một trường hợp đặc biệt trong số hơn 300 vụ hợp nhất đã được ghi nhận, không chỉ vì quy mô khổng lồ của vụ va chạm.
Các hố đen riêng lẻ trong sự kiện này đặc biệt vì chúng có khối lượng nằm trong khoảng mà các nhà khoa học không nghĩ rằng chúng được tạo ra từ cái chết của các ngôi sao. Hơn nữa, hai hố đen này có khả năng quay gần như với tốc độ tối đa cho phép về mặt vật lý.
GW231123 đặt ra một thách thức lớn đối với hiểu biết hiện tại của chúng ta về quá trình hình thành hố đen. Theo thuyết tương đối rộng của Einstein, lực hấp dẫn là sự uốn cong của không gian-thời gian, buộc các vật thể phải di chuyển theo những đường cong trong không gian.
Tuy nhiên, các chuyên gia như Mark Hannam chỉ ra rằng những sóng hấp dẫn này lại vô cùng yếu và các nhà khoa học đang gặp hạn chế về những thông tin chúng có thể cung cấp. Ví dụ, hiện vẫn chưa xác định được chính xác khoảng cách của GW231123 so với Trái Đất, nó có thể cách chúng ta tới 12 tỷ năm ánh sáng.
Các nhà khoa học tự tin về khối lượng của hai hố đen, được ước tính lần lượt là gấp khoảng 100 và 140 lần khối lượng Mặt Trời. Những con số này đã khiến giới khoa học bối rối.
Có những cơ chế tiêu chuẩn hình thành hố đen khi một ngôi sao cạn nhiên liệu, chết và sụp xuống. Tuy nhiên, có một khoảng khối lượng mà các nhà khoa học cho rằng không thể hình thành hố đen theo cách đó, và các hố đen trong GW231123 lại nằm chính giữa khoảng khối lượng đó.
Do đó, câu hỏi đặt ra là chúng được hình thành bằng cách nào? Điều đó khiến chúng trở nên vô cùng thú vị. Một đặc điểm đáng chú ý khác của GW231123 là tốc độ quay quanh nhau cực kỳ nhanh của hai hố đen.
Cho đến nay, phần lớn các hố đen mà chúng tôi phát hiện thông qua sóng hấp dẫn đều quay tương đối chậm. Điều này cho thấy GW231123 có thể được hình thành theo một cơ chế khác so với các vụ hợp nhất từng quan sát trước đó, hoặc cũng có thể là dấu hiệu cho thấy các mô hình hiện tại của chúng ta cần được điều chỉnh.
Theo Giáo sư Mark Hannam, tốc độ quay nhanh như vậy rất khó hình thành trong điều kiện thông thường nhưng lại củng cố giả thuyết rằng hai hố đen trong sự kiện này có thể đã trải qua những vụ hợp nhất trước đó vì hố đen từng hợp nhất thường có xu hướng quay nhanh hơn.
