Không còn nghi ngờ gì nữa, kể từ khi ra mắt, Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) đã cách mạng hóa quan điểm của chúng ta về vũ trụ sơ khai, nhưng những phát hiện mới của nó có thể khiến các nhà thiên văn học phải bối rối. Trên thực tế, nó có thể cho chúng ta biết điều gì đó sâu sắc về sự ra đời của vũ trụ bằng cách có thể ám chỉ rằng mọi thứ chúng ta nhìn thấy xung quanh đều bị niêm phong trong một lỗ đen.
Kính viễn vọng trị giá 10 tỷ đô la, bắt đầu quan sát vũ trụ vào mùa hè năm 2022, đã phát hiện ra rằng phần lớn không gian sâu thẳm và do đó là các thiên hà sơ khai mà nó đã quan sát cho đến nay, đang quay theo cùng một hướng. Trong khi khoảng hai phần ba các thiên hà quay theo chiều kim đồng hồ, thì một phần ba còn lại quay ngược chiều kim đồng hồ.
Trong một vũ trụ ngẫu nhiên, các nhà khoa học sẽ mong đợi tìm thấy 50% các thiên hà quay theo một hướng, trong khi 50% còn lại quay theo hướng ngược lại. Nghiên cứu mới này cho thấy có một hướng ưu tiên cho sự quay của thiên hà.
Các quan sát về 263 thiên hà tiết lộ điệu nhảy vũ trụ được phối hợp kỳ lạ này được thu thập như một phần của Khảo sát ngoài thiên hà sâu nâng cao của Kính viễn vọng không gian James Webb, hay "JADES."
"Vẫn chưa rõ nguyên nhân gây ra hiện tượng này, nhưng có hai lời giải thích chính có thể xảy ra", trưởng nhóm Lior Shamir, phó giáo sư khoa học máy tính tại Cao đẳng Kỹ thuật Carl R. Ice, nói trong một tuyên bố. "Một lời giải thích là vũ trụ được sinh ra khi đang quay. Lời giải thích đó phù hợp với các lý thuyết như vũ trụ học lỗ đen, trong đó đưa ra giả thuyết rằng toàn bộ vũ trụ là phần bên trong của một lỗ đen.
"Nhưng nếu vũ trụ thực sự được sinh ra khi quay, điều đó có nghĩa là các lý thuyết hiện có về vũ trụ là không đầy đủ."
Ý tưởng này lần đầu tiên được giới thiệu bởi nhà vật lý lý thuyết Raj Kumar Pathria và nhà toán học I. J. Good. Nó trình bày ý tưởng rằng "bán kính Schwarzchild", hay còn gọi là "chân trời sự kiện" (ranh giới mà từ bên trong không có gì có thể thoát khỏi lỗ đen, ngay cả ánh sáng) cũng là chân trời của vũ trụ hữu hình.
Điều này có một hàm ý khác; mỗi lỗ đen trong vũ trụ của chúng ta có thể là cánh cửa dẫn đến một "vũ trụ sơ sinh" khác. Những vũ trụ này sẽ không thể quan sát được đối với chúng ta vì chúng cũng nằm sau chân trời sự kiện, một điểm bẫy ánh sáng một chiều không thể quay lại mà ánh sáng không thể thoát ra, nghĩa là thông tin không bao giờ có thể truyền từ bên trong lỗ đen đến người quan sát bên ngoài.
Đây là một lý thuyết đã được nhà vật lý lý thuyết người Ba Lan Nikodem Poplawski của Đại học New Haven ủng hộ.
Lỗ đen được sinh ra khi lõi của một ngôi sao khổng lồ sụp đổ. Tại trung tâm của nó là vật chất với mật độ vượt xa bất kỳ thứ gì trong vũ trụ đã biết.
Theo lý thuyết của Poplawski, cuối cùng, sự kết hợp giữa lực xoắn, sự xoắn và quay của vật chất, và sự quay trở nên rất mạnh và ngăn vật chất nén vô thời hạn thành một điểm kỳ dị.
"Thay vào đó, vật chất đạt đến trạng thái có mật độ hữu hạn, cực lớn, ngừng sụp đổ, trải qua một cú nảy như lò xo bị nén và bắt đầu giãn nở nhanh chóng", Poplawski giải thích với Space.com. "Lực hấp dẫn cực mạnh gần trạng thái này gây ra sự sản sinh hạt dữ dội, làm tăng khối lượng bên trong lỗ đen lên nhiều cấp độ và tăng lực đẩy hấp dẫn cung cấp năng lượng cho cú nảy".
Nhà khoa học tiếp tục nói thêm rằng sự giật lùi nhanh chóng sau một cú nảy lớn như vậy có thể là nguyên nhân dẫn đến vũ trụ đang giãn nở của chúng ta, một sự kiện mà hiện nay chúng ta gọi là Vụ nổ lớn.
"Nó tạo ra một giai đoạn lạm phát vũ trụ hữu hạn, giải thích tại sao vũ trụ mà chúng ta quan sát ngày nay ở quy mô lớn nhất có vẻ phẳng, đồng nhất và đẳng hướng", Poplawski cho biết.
"Do đó, lực xoắn trong lực hấp dẫn của thuyết tương đối tổng quát mở rộng của Einstein cung cấp một lời giải thích lý thuyết hợp lý về một kịch bản, theo đó mọi lỗ đen đều tạo ra một vũ trụ mới, một vũ trụ con bên trong và trở thành một cầu nối Einstein-Rosen, hay một 'lỗ sâu' kết nối vũ trụ này với vũ trụ mẹ mà lỗ đen tồn tại."
Theo lý thuyết này, trong vũ trụ mới, vũ trụ mẹ xuất hiện như phía bên kia của lỗ trắng duy nhất của vũ trụ mới, một vùng không gian không thể xâm nhập từ bên ngoài và có thể được coi là đảo ngược của lỗ đen.
"Theo đó, vũ trụ của chúng ta có thể là phần bên trong của một lỗ đen tồn tại trong một vũ trụ khác", Poplawski tiếp tục. "Chuyển động của vật chất qua ranh giới của lỗ đen, được gọi là chân trời sự kiện, chỉ có thể xảy ra theo một hướng, tạo ra sự bất đối xứng quá khứ-tương lai tại chân trời và do đó, ở mọi nơi trong vũ trụ sơ sinh.
"Do đó, mũi tên thời gian trong một vũ trụ như vậy sẽ được thừa hưởng, thông qua lực xoắn, từ vũ trụ mẹ."
Đối với những phát hiện mới của JWST này. Poplawski đã nói Space.com: "Sẽ rất hấp dẫn nếu vũ trụ của chúng ta có một trục ưa thích. Một trục như vậy có thể được giải thích một cách tự nhiên bằng lý thuyết cho rằng vũ trụ của chúng ta được sinh ra ở phía bên kia chân trời sự kiện của một lỗ đen tồn tại trong một vũ trụ mẹ nào đó."
Ông nói thêm rằng các lỗ đen hình thành từ các ngôi sao hoặc ở trung tâm của các thiên hà, và rất có thể là các cụm cầu, tất cả đều quay. Điều đó có nghĩa là các lỗ đen cũng quay, và trục quay của một lỗ đen sẽ ảnh hưởng đến một vũ trụ do lỗ đen tạo ra, biểu hiện dưới dạng một trục ưa thích.
"Tôi nghĩ rằng lời giải thích đơn giản nhất về vũ trụ quay là vũ trụ được sinh ra trong một lỗ đen quay. Sự xoắn không thời gian cung cấp cơ chế tự nhiên nhất giúp tránh được điểm kỳ dị trong một lỗ đen và thay vào đó tạo ra một vũ trụ mới, khép kín", Poplawski tiếp tục. "Một trục ưa thích trong vũ trụ của chúng ta, được thừa hưởng từ trục quay của lỗ đen mẹ, có thể đã ảnh hưởng đến động lực quay của các thiên hà, tạo ra sự bất đối xứng theo chiều kim đồng hồ-ngược chiều kim đồng hồ đã quan sát được.
"Phát hiện của JWST rằng các thiên hà quay theo một hướng ưa thích sẽ ủng hộ cho lý thuyết về các lỗ đen tạo ra các vũ trụ mới và tôi sẽ vô cùng phấn khích nếu những phát hiện này được xác nhận.
Các bài viết liên quan:
— Vật lý kỳ lạ ở rìa các lỗ đen có thể giúp giải quyết 'rắc rối Hubble' dai dẳng
—Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện ra lỗ đen siêu lớn của thiên hà Milky Way của chúng ta đang thổi bong bóng (hình ảnh, video)
— Các lỗ đen nhỏ còn sót lại từ Vụ nổ lớn có thể là nghi phạm chính của vật chất tối
Một lời giải thích khác cho lý do tại sao JWST có thể đã thấy sự biểu diễn quá mức của các thiên hà quay theo một hướng là sự quay của chính Milky Way có thể đã gây ra nó.
Trước đây, các nhà khoa học cho rằng tốc độ quay của thiên hà chúng ta quá chậm để có tác động không đáng kể đến các quan sát do JWST thực hiện.
“Nếu thực sự như vậy, chúng ta sẽ cần phải hiệu chỉnh lại các phép đo khoảng cách của mình đối với vũ trụ sâu thẳm", Shamir kết luận. "Việc hiệu chuẩn lại các phép đo khoảng cách cũng có thể giải thích một số câu hỏi chưa có lời giải khác trong vũ trụ học như sự khác biệt trong tốc độ giãn nở của vũ trụ và các thiên hà lớn mà theo các phép đo khoảng cách hiện tại được dự kiến là già hơn chính vũ trụ."
Nghiên cứu của nhóm đã được công bố trong tháng này trên Thông báo hàng tháng của Hội Thiên văn học Hoàng gia.
Kính viễn vọng trị giá 10 tỷ đô la, bắt đầu quan sát vũ trụ vào mùa hè năm 2022, đã phát hiện ra rằng phần lớn không gian sâu thẳm và do đó là các thiên hà sơ khai mà nó đã quan sát cho đến nay, đang quay theo cùng một hướng. Trong khi khoảng hai phần ba các thiên hà quay theo chiều kim đồng hồ, thì một phần ba còn lại quay ngược chiều kim đồng hồ.
Trong một vũ trụ ngẫu nhiên, các nhà khoa học sẽ mong đợi tìm thấy 50% các thiên hà quay theo một hướng, trong khi 50% còn lại quay theo hướng ngược lại. Nghiên cứu mới này cho thấy có một hướng ưu tiên cho sự quay của thiên hà.
Các quan sát về 263 thiên hà tiết lộ điệu nhảy vũ trụ được phối hợp kỳ lạ này được thu thập như một phần của Khảo sát ngoài thiên hà sâu nâng cao của Kính viễn vọng không gian James Webb, hay "JADES."
"Vẫn chưa rõ nguyên nhân gây ra hiện tượng này, nhưng có hai lời giải thích chính có thể xảy ra", trưởng nhóm Lior Shamir, phó giáo sư khoa học máy tính tại Cao đẳng Kỹ thuật Carl R. Ice, nói trong một tuyên bố. "Một lời giải thích là vũ trụ được sinh ra khi đang quay. Lời giải thích đó phù hợp với các lý thuyết như vũ trụ học lỗ đen, trong đó đưa ra giả thuyết rằng toàn bộ vũ trụ là phần bên trong của một lỗ đen.
"Nhưng nếu vũ trụ thực sự được sinh ra khi quay, điều đó có nghĩa là các lý thuyết hiện có về vũ trụ là không đầy đủ."
Sinh ra trong một lỗ đen?
Vũ trụ học lỗ đen, còn được gọi là "vũ trụ học Schwarzschild", cho rằng vũ trụ quan sát được của chúng ta có thể là phần bên trong của chính một lỗ đen trong một vũ trụ mẹ lớn hơn.Ý tưởng này lần đầu tiên được giới thiệu bởi nhà vật lý lý thuyết Raj Kumar Pathria và nhà toán học I. J. Good. Nó trình bày ý tưởng rằng "bán kính Schwarzchild", hay còn gọi là "chân trời sự kiện" (ranh giới mà từ bên trong không có gì có thể thoát khỏi lỗ đen, ngay cả ánh sáng) cũng là chân trời của vũ trụ hữu hình.
Điều này có một hàm ý khác; mỗi lỗ đen trong vũ trụ của chúng ta có thể là cánh cửa dẫn đến một "vũ trụ sơ sinh" khác. Những vũ trụ này sẽ không thể quan sát được đối với chúng ta vì chúng cũng nằm sau chân trời sự kiện, một điểm bẫy ánh sáng một chiều không thể quay lại mà ánh sáng không thể thoát ra, nghĩa là thông tin không bao giờ có thể truyền từ bên trong lỗ đen đến người quan sát bên ngoài.
Đây là một lý thuyết đã được nhà vật lý lý thuyết người Ba Lan Nikodem Poplawski của Đại học New Haven ủng hộ.
Lỗ đen được sinh ra khi lõi của một ngôi sao khổng lồ sụp đổ. Tại trung tâm của nó là vật chất với mật độ vượt xa bất kỳ thứ gì trong vũ trụ đã biết.
Theo lý thuyết của Poplawski, cuối cùng, sự kết hợp giữa lực xoắn, sự xoắn và quay của vật chất, và sự quay trở nên rất mạnh và ngăn vật chất nén vô thời hạn thành một điểm kỳ dị.
"Thay vào đó, vật chất đạt đến trạng thái có mật độ hữu hạn, cực lớn, ngừng sụp đổ, trải qua một cú nảy như lò xo bị nén và bắt đầu giãn nở nhanh chóng", Poplawski giải thích với Space.com. "Lực hấp dẫn cực mạnh gần trạng thái này gây ra sự sản sinh hạt dữ dội, làm tăng khối lượng bên trong lỗ đen lên nhiều cấp độ và tăng lực đẩy hấp dẫn cung cấp năng lượng cho cú nảy".
Nhà khoa học tiếp tục nói thêm rằng sự giật lùi nhanh chóng sau một cú nảy lớn như vậy có thể là nguyên nhân dẫn đến vũ trụ đang giãn nở của chúng ta, một sự kiện mà hiện nay chúng ta gọi là Vụ nổ lớn.
"Nó tạo ra một giai đoạn lạm phát vũ trụ hữu hạn, giải thích tại sao vũ trụ mà chúng ta quan sát ngày nay ở quy mô lớn nhất có vẻ phẳng, đồng nhất và đẳng hướng", Poplawski cho biết.
"Do đó, lực xoắn trong lực hấp dẫn của thuyết tương đối tổng quát mở rộng của Einstein cung cấp một lời giải thích lý thuyết hợp lý về một kịch bản, theo đó mọi lỗ đen đều tạo ra một vũ trụ mới, một vũ trụ con bên trong và trở thành một cầu nối Einstein-Rosen, hay một 'lỗ sâu' kết nối vũ trụ này với vũ trụ mẹ mà lỗ đen tồn tại."
Theo lý thuyết này, trong vũ trụ mới, vũ trụ mẹ xuất hiện như phía bên kia của lỗ trắng duy nhất của vũ trụ mới, một vùng không gian không thể xâm nhập từ bên ngoài và có thể được coi là đảo ngược của lỗ đen.
"Theo đó, vũ trụ của chúng ta có thể là phần bên trong của một lỗ đen tồn tại trong một vũ trụ khác", Poplawski tiếp tục. "Chuyển động của vật chất qua ranh giới của lỗ đen, được gọi là chân trời sự kiện, chỉ có thể xảy ra theo một hướng, tạo ra sự bất đối xứng quá khứ-tương lai tại chân trời và do đó, ở mọi nơi trong vũ trụ sơ sinh.
"Do đó, mũi tên thời gian trong một vũ trụ như vậy sẽ được thừa hưởng, thông qua lực xoắn, từ vũ trụ mẹ."
Đối với những phát hiện mới của JWST này. Poplawski đã nói Space.com: "Sẽ rất hấp dẫn nếu vũ trụ của chúng ta có một trục ưa thích. Một trục như vậy có thể được giải thích một cách tự nhiên bằng lý thuyết cho rằng vũ trụ của chúng ta được sinh ra ở phía bên kia chân trời sự kiện của một lỗ đen tồn tại trong một vũ trụ mẹ nào đó."
Ông nói thêm rằng các lỗ đen hình thành từ các ngôi sao hoặc ở trung tâm của các thiên hà, và rất có thể là các cụm cầu, tất cả đều quay. Điều đó có nghĩa là các lỗ đen cũng quay, và trục quay của một lỗ đen sẽ ảnh hưởng đến một vũ trụ do lỗ đen tạo ra, biểu hiện dưới dạng một trục ưa thích.
"Tôi nghĩ rằng lời giải thích đơn giản nhất về vũ trụ quay là vũ trụ được sinh ra trong một lỗ đen quay. Sự xoắn không thời gian cung cấp cơ chế tự nhiên nhất giúp tránh được điểm kỳ dị trong một lỗ đen và thay vào đó tạo ra một vũ trụ mới, khép kín", Poplawski tiếp tục. "Một trục ưa thích trong vũ trụ của chúng ta, được thừa hưởng từ trục quay của lỗ đen mẹ, có thể đã ảnh hưởng đến động lực quay của các thiên hà, tạo ra sự bất đối xứng theo chiều kim đồng hồ-ngược chiều kim đồng hồ đã quan sát được.
"Phát hiện của JWST rằng các thiên hà quay theo một hướng ưa thích sẽ ủng hộ cho lý thuyết về các lỗ đen tạo ra các vũ trụ mới và tôi sẽ vô cùng phấn khích nếu những phát hiện này được xác nhận.
Các bài viết liên quan:
— Vật lý kỳ lạ ở rìa các lỗ đen có thể giúp giải quyết 'rắc rối Hubble' dai dẳng
—Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện ra lỗ đen siêu lớn của thiên hà Milky Way của chúng ta đang thổi bong bóng (hình ảnh, video)
— Các lỗ đen nhỏ còn sót lại từ Vụ nổ lớn có thể là nghi phạm chính của vật chất tối
Một lời giải thích khác cho lý do tại sao JWST có thể đã thấy sự biểu diễn quá mức của các thiên hà quay theo một hướng là sự quay của chính Milky Way có thể đã gây ra nó.
Trước đây, các nhà khoa học cho rằng tốc độ quay của thiên hà chúng ta quá chậm để có tác động không đáng kể đến các quan sát do JWST thực hiện.
“Nếu thực sự như vậy, chúng ta sẽ cần phải hiệu chỉnh lại các phép đo khoảng cách của mình đối với vũ trụ sâu thẳm", Shamir kết luận. "Việc hiệu chuẩn lại các phép đo khoảng cách cũng có thể giải thích một số câu hỏi chưa có lời giải khác trong vũ trụ học như sự khác biệt trong tốc độ giãn nở của vũ trụ và các thiên hà lớn mà theo các phép đo khoảng cách hiện tại được dự kiến là già hơn chính vũ trụ."
Nghiên cứu của nhóm đã được công bố trong tháng này trên Thông báo hàng tháng của Hội Thiên văn học Hoàng gia.
