[비즈한국] Một trong những thiết lập thú vị nhất trong bộ phim ‘Project Hail Mary’ là cách sinh vật ngoài hành tinh Rocky nhận thức thế giới. Chủng tộc Eridian của Rocky không nhìn thấy ánh sáng trực tiếp bằng mắt như con người. Họ thấu hiểu các vì sao thông qua một công cụ dịch ánh sáng thành các giác quan khác thay vì thị giác. Đối với người Eridian, ánh sáng sao có lẽ cũng giống như vật chất tối hay sóng hấp dẫn mà con người suy đoán. Mặc dù không thể cảm nhận trực tiếp bằng các cơ quan cơ thể, nhưng họ có thể nhận ra sự hiện diện của chúng thông qua các thiết bị tinh vi.
Giống như cách Rocky nhìn ngắm các vì sao và vươn ra vũ trụ thông qua công cụ, con người cũng cảm nhận vũ trụ vô hình thông qua các công cụ. Đặc biệt, sóng hấp dẫn là những rung động của chính không-thời gian mà cơ thể con người không thể trực tiếp cảm nhận được. Có lẽ đối với chủng tộc Eridian, sóng hấp dẫn là một khái niệm tự nhiên hơn là ánh sáng sao. Nếu là một nền văn minh không thể nhìn thấy ánh sáng trực tiếp, ta hoàn toàn có thể tưởng tượng rằng khởi điểm để họ thấu hiểu vũ trụ không phải là sóng điện từ mà là các rung động của không gian.
Con người đã chế tạo những thiết bị khổng lồ để cảm nhận những rung động đó. Họ xây dựng các giao thoa kế laser dài hàng km trên Trái đất, sử dụng gương, ống chân không và laser để đo lường những biến dạng cực nhỏ của không-thời gian. Có thể coi toàn bộ nền văn minh Trái đất đã trở thành một cơ quan cảm giác duy nhất để thay thế những gì cơ thể con người không bao giờ cảm nhận được. Thiên văn học hiện đại đang mở rộng từ một môn khoa học quan sát ánh sáng bằng kính thiên văn sang môn khoa học đọc các dấu vết của rung động, hạt và trọng lực mà vũ trụ để lại.
Gần đây, cơ quan cảm giác khổng lồ này đã bắt được một tín hiệu rất lạ, có thể làm rung chuyển toàn bộ vũ trụ học. Nếu cách giải thích về tín hiệu này là chính xác, nhân loại có thể vừa nhìn thấy dấu vết của hố đen lâu đời nhất mà vũ trụ để lại ngay sau vụ nổ Big Bang. Đó là dấu vết của một hố đen nguyên thủy, thứ có khả năng đã được hình thành từ rất lâu, thậm chí không phải vài phút hay vài giây sau khi vũ trụ ra đời. Xa hơn nữa, tín hiệu này có thể liên quan đến nguồn gốc của vật chất tối.
Trong hơn 10 năm qua, LIGO, VIRGO và KAGRA đã lắng nghe những rung động của vũ trụ. Các sự kiện mà máy dò sóng hấp dẫn chủ yếu bắt được là những vết tích dữ dội của không-thời gian để lại khi các hố đen hoặc sao neutron quay quanh nhau va chạm ở khoảnh khắc cuối cùng. Hầu hết các sự kiện sóng hấp dẫn được phát hiện cho đến nay đều nằm trong phạm vi khối lượng có thể giải thích được bằng lý thuyết tiến hóa sao hiện tại. Đó là những sự kiện nơi các ngôi sao khổng lồ sinh ra, tiến hóa, phát nổ và các hố đen hoặc sao neutron còn sót lại va chạm với nhau, giải phóng sóng hấp dẫn.
Tuy nhiên, cho đến nay, hầu như chưa có tín hiệu nào được xác nhận từ các thiên thể nhẹ hơn Mặt Trời. Một hạn chế quan trọng đối với các nhà thiên văn học là các máy dò sóng hấp dẫn hiện có chủ yếu nhạy cảm với những rung động do các thiên thể nặng hơn khối lượng Mặt Trời tạo ra. Thông thường, các hố đen hình thành từ cái chết của một ngôi sao thường nặng hơn Mặt Trời rất nhiều. Rất khó để tạo ra một hố đen có khối lượng nhẹ hơn Mặt Trời chỉ thông qua quá trình tiến hóa sao thông thường.
Vì vậy, nếu dấu vết của một hố đen nhẹ hơn Mặt Trời được tìm thấy, rất có khả năng đó là hố đen nguyên thủy do vũ trụ trực tiếp tạo ra ngay sau Big Bang. Hố đen nguyên thủy không phải do sao chết đi mà thành. Nó có thể được hình thành từ sự sụp đổ trọng lực trực tiếp của các biến động mật độ trong thời kỳ vũ trụ cực kỳ nóng và đặc, trước cả khi các ngôi sao và thiên hà tồn tại.
Xét về khía cạnh đó, tín hiệu sóng hấp dẫn được cho là đã được LIGO, VIRGO và KAGRA ghi lại vào ngày 12 tháng 11 năm 2025 là rất đáng chú ý. Khả năng tín hiệu này được tạo ra từ sự hợp nhất của hai hố đen nguyên thủy đã được đặt ra. Đặc biệt, kết quả phân tích cho thấy có hơn 99% khả năng ít nhất một trong hai thiên thể có khối lượng nhẹ hơn Mặt Trời. Phạm vi khối lượng ước tính nằm trong vùng rất nhẹ, khoảng 10% đến 80% khối lượng Mặt Trời.
Điều thú vị hơn nữa là không có tín hiệu sóng điện từ tương ứng nào được quan sát thấy cùng lúc với tín hiệu sóng hấp dẫn này. Không có tín hiệu đồng hành rõ ràng nào được xác nhận không chỉ trong ánh sáng khả kiến mà còn trong tia X hoặc tia gamma. Điều này củng cố khả năng sự kiện này là sự hợp nhất của các thiên thể đặc, đặc biệt là hố đen, vốn hầu như không để lại ánh sáng. Tất nhiên, sự kiện này vẫn chưa hoàn toàn được kết luận là một sự kiện vật lý thiên văn. Dù khả năng là tiếng ồn ngẫu nhiên đang giảm dần khi quá trình phân tích tiến triển, nhưng đây vẫn là giai đoạn cần phải kiểm chứng hết sức cẩn trọng.
Tuy nhiên, lý do khiến các nhà thiên văn học chú ý đến sự kiện này rất rõ ràng. Nếu tín hiệu này bắt nguồn từ một sự kiện vật lý thiên văn thực tế và danh tính của nó là một hố đen nhẹ hơn Mặt Trời, thì nhân loại đã phát hiện ra một loại hố đen có phạm vi khối lượng không thể giải thích được bằng quá trình tiến hóa sao thông thường. Tất nhiên, không thể loại trừ hoàn toàn khả năng đó là sao neutron nhẹ hơn hố đen một chút, hoặc một thiên thể mật độ cao chưa được biết đến. Nhưng rõ ràng đây là một sự kiện khó có thể hiểu được chỉ bằng lời giải thích quen thuộc về giai đoạn cuối của quá trình tiến hóa sao bình thường.
Khả năng về hố đen nguyên thủy rất quan trọng vì nó liên kết trực tiếp với thời kỳ sớm nhất của vũ trụ. Hố đen nguyên thủy không cần siêu tân tinh hay quá trình tiến hóa nhiệt hạch của sao. Khi vũ trụ còn ở trạng thái plasma nóng, nếu một vùng nào đó có mật độ cao hơn xung quanh, vùng đó có thể đã trực tiếp sụp đổ do trọng lực của chính nó. Hố đen được tạo ra theo cách này không cần tuân theo quy tắc khối lượng của sao. Về mặt lý thuyết, chúng có thể phân bố đa dạng từ khối lượng nhẹ bằng tiểu hành tinh đến khối lượng khổng lồ gần bằng hố đen siêu khối.
Chính vì lý do này, hố đen nguyên thủy từ lâu đã được nhắc đến như một trong những ứng cử viên của vật chất tối. Vật chất tối là thành phần bí ẩn không phát ra cũng không hấp thụ ánh sáng, nhưng lại ảnh hưởng quyết định đến chuyển động của các thiên hà và cụm thiên hà thông qua trọng lực. Nếu vô số hố đen nguyên thủy được tạo ra trong vũ trụ sơ khai và tồn tại cho đến ngày nay, có khả năng một phần trong số chúng đóng vai trò là vật chất tối.
Điểm thú vị đặc biệt trong cuộc thảo luận lần này là mô hình hình thành hố đen nguyên thủy. Trong vũ trụ sơ khai, các điều kiện vật lý của các tương tác cơ bản như tương tác mạnh, tương tác yếu và lực điện từ khác rất nhiều so với ngày nay. Có giả thuyết cho rằng trong quá trình vũ trụ nguội dần đi, đã có những giai đoạn chuyển tiếp cụ thể, khi đó các biến động mật độ được khuếch đại và các hố đen nguyên thủy hình thành tập thể. Trong mô hình này, vì phân bố khối lượng của hố đen nguyên thủy có thể lan rộng, nên các hố đen nhẹ hơn khối lượng Mặt Trời cũng được giải thích một cách tự nhiên.
Hình thái của tín hiệu sóng hấp dẫn được báo cáo lần này được hiểu là khớp với mô hình quần thể hố đen nguyên thủy nhẹ như vậy. Các nhà nghiên cứu ước tính rằng khi áp dụng phân bố khối lượng và khả năng hợp nhất của hố đen nguyên thủy, các máy dò LIGO, VIRGO và KAGRA có thể phát hiện khoảng 0,8 đến 8 tín hiệu va chạm hố đen nguyên thủy như vậy mỗi năm. Mặc dù không phải là tần suất rất cao, nhưng điều đó có nghĩa là đây không phải là sự kiện hoàn toàn bất khả thi.
Xa hơn nữa, nếu tín hiệu này thực sự bắt nguồn từ sự hợp nhất của các hố đen nguyên thủy, một số ý kiến cho rằng hố đen nguyên thủy có thể chiếm ít nhất khoảng 4% tổng lượng vật chất tối trong vũ trụ. Điều này không có nghĩa là toàn bộ vật chất tối đều là hố đen nguyên thủy. Tuy nhiên, nó cho thấy rằng một phần vật chất tối chưa xác định được danh tính có thể được giải thích bằng hố đen nguyên thủy.
Nếu cách giải thích này đúng, danh tính của vật chất tối có thể phức tạp hơn nhiều so với chúng ta nghĩ. Vật chất tối có thể không phải là một thành phần đơn giản được cấu tạo từ một hạt cơ bản mới duy nhất. Một phần của nó có thể là hố đen nguyên thủy, một phần khác là các hạt chưa được phát hiện, và một phần khác nữa có thể có nguồn gốc vật lý hoàn toàn khác biệt. Khối lượng vô hình của vũ trụ có khả năng không phải là vấn đề có thể giải quyết bằng một câu trả lời duy nhất, mà là một cấu trúc phức hợp bao gồm nhiều loại thành phần tối trộn lẫn với nhau.
Thậm chí, người ta còn đặt ra khả năng rằng một số sự kiện hợp nhất hố đen đã được LIGO, VIRGO và KAGRA phát hiện trước đây, vốn có khối lượng gấp vài lần đến hàng chục lần khối lượng Mặt Trời hoặc nặng hơn, cũng có thể là các vụ va chạm của hố đen nguyên thủy. Cho đến nay, chúng ta vẫn giải thích nhiều sự kiện sóng hấp dẫn là sự hợp nhất của các hố đen khối lượng sao. Tuy nhiên, nếu quần thể hố đen nguyên thủy hình thành trong vũ trụ sơ khai thực sự tồn tại, một số trong đó có thể đã bị lưới quan sát sóng hấp dẫn hiện nay bắt được.
Nhân loại đang trải qua một thời đại rất kỳ lạ. Chúng ta cảm nhận vũ trụ mà mình không thể nhìn thấy trực tiếp thông qua nhiều thiết bị dịch thuật khác nhau. Kính thiên văn dịch các tia sáng khả kiến vượt ra ngoài phạm vi sóng vô tuyến, tia hồng ngoại, tia X và tia gamma, còn máy dò sóng hấp dẫn thì chuyển đổi các rung động của không-thời gian thành các con số và dạng sóng. Giống như cách Rocky đọc ánh sáng sao qua kết cấu, con người đọc các rung động vô hình của vũ trụ thông qua những thiết bị khổng lồ gồm laser, gương và ống chân không.
Thông qua các thiết bị dịch thuật đó, nhân loại đang cố gắng tìm kiếm cả những dấu vết mờ nhạt của các hố đen từng bị coi là quá nhẹ để tồn tại. Nếu đó thực sự là tiếng nói của hố đen nguyên thủy ngay sau Big Bang, thì chúng ta đang đứng rất gần khoảnh khắc bí mật lâu đời nhất của vũ trụ cất lên âm thanh đầu tiên. Có khả năng một hố đen có thể đã tồn tại trước cả ánh sáng, trước cả các vì sao, trước cả các thiên hà, đang bộc lộ dấu vết của mình thông qua những rung động của không-thời gian sau 13,8 tỷ năm.
Nếu có một nền văn minh Eridian có thể tự do cảm nhận những rung động của sóng hấp dẫn, thì đối với họ, vũ trụ chắc chắn không phải là một không gian tĩnh lặng. Mỗi khi các hố đen và sao neutron va chạm, vũ trụ sẽ rung lên trầm thấp, và dấu vết của những vụ hợp nhất khổng lồ xảy ra sâu trong các thiên hà sẽ lan tỏa khắp toàn bộ không-thời gian. Đối với họ, bầu trời đêm có lẽ không phải là một khung cảnh của những điểm sáng, mà là một đại dương rung động khổng lồ không ngừng dao động và ngân vang.
Giống như việc Rocky lần đầu tiên thấu hiểu sự tồn tại của các vì sao, nền văn minh nhân loại cũng đã bước vào một giai đoạn mới, cố gắng cảm nhận vật chất tối và những rung động của không-thời gian vốn tưởng chừng như vô hình. Chúng ta giờ đây đã trở thành một nền văn minh vượt lên trên việc quan sát vũ trụ, trở thành nền văn minh lắng nghe và giải mã những rung động của vũ trụ. Và trong những rung động đó, có thể đang ẩn chứa ký ức lâu đời nhất mà vũ trụ để lại trước khi những vì sao được sinh ra.
Tác giả Ji Woong-bae là ai? Anh yêu mèo và vũ trụ. Khi còn nhỏ, sau khi xem ‘Galaxy Express 999’, anh đã nuôi giấc mơ phổ biến vẻ đẹp của vũ trụ. Hiện anh đang là giáo sư trợ lý tại Khoa Tự do của Đại học Sejong, tham gia nhiều hoạt động truyền thông khoa học như giảng dạy và viết lách. Anh đã viết các cuốn sách như ‘Mỗi ngày một mảnh vũ trụ’, ‘Các nhà khoa học của vũ trụ đầy sao’, ‘Không thể đi đến nhưng có thể thấu hiểu’, ‘Những câu hỏi kỳ lạ xuất hiện khi nhìn vào vũ trụ’, và dịch các cuốn sách như ‘Hướng dẫn cho người đi nhờ xe du hành vũ trụ thực thụ’, ‘Làm sao tôi giết được Sao Diêm Vương’, ‘Quantum Life’, ‘Cosmigraphics’.