Trung tâm của hố đen là một điểm kỳ dị có mật độ, trọng lực và độ cong không-thời gian vô hạn. Tất cả các định luật vật lý đã biết đều mất ý nghĩa tại đây, cũng đồng nghĩa với việc thuyết tương đối của Einstein cũng không còn hiệu lực. Tuy nhiên, hố đen được dự đoán bởi thuyết tương đối, với các kết quả mâu thuẫn đã làm phiền lòng các nhà vật lý trong nhiều thập kỷ, buộc họ phải cố gắng mô tả các mô hình hố đen thay thế không có điểm kỳ dị. Gần đây, một nghiên cứu mới thảo luận về hai mô hình mới, có thể giúp các nhà khoa học thoát khỏi những hạn chế của điểm kỳ dị hố đen.
Năm 1915, Einstein đưa ra thuyết tương đối, một năm sau, nhà vật lý người Đức Karl Schwarzschild đã tìm ra giải pháp chính xác đầu tiên cho phương trình trường Einstein, được gọi là giải pháp Schwarzschild, tiết lộ rằng vũ trụ tồn tại một loại vật thể cực đoan mà ngay cả ánh sáng có tốc độ nhanh nhất cũng không thể thoát khỏi sức hút khổng lồ của nó, tức là hố đen.
Giải pháp Schwarzschild còn có một đặc điểm quan trọng khác là bao gồm điểm kỳ dị, nơi mà tất cả các định luật vật lý, bao gồm cả thuyết tương đối rộng, đều không áp dụng. Do đó, cách diễn giải điểm kỳ dị thực sự cũng không rõ ràng, thực tế là chúng ta hoàn toàn không hiểu điều gì xảy ra ở trung tâm của hố đen, việc này cũng làm cho các nhà vật lý cảm thấy phiền lòng trước sự tồn tại của điểm kỳ dị, có thể cần một lý thuyết hấp dẫn lượng tử để đưa ra sự giải thích tốt hơn.
Gần đây, nhóm nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Vật lý Cơ bản Vũ trụ (IFPU) trong một hội thảo đã thảo luận về ba mô hình hố đen. Mô hình đầu tiên là hố đen tiêu chuẩn được dự đoán bởi thuyết tương đối, có điểm kỳ dị và chân trời sự kiện; mô hình thứ hai không có điểm kỳ dị nhưng có chân trời sự kiện; mô hình thứ ba là một vật thể kiểu “mô phỏng” với các đặc điểm bên ngoài giống như hố đen nhưng không có điểm kỳ dị cũng như chân trời sự kiện, hai mô hình cuối là các mô hình mới được đề xuất.
Các nhà nghiên cứu chỉ ra rằng mô hình thứ hai của hố đen là “phiên bản sửa đổi” của hố đen tiêu chuẩn, cấu trúc của chúng gần giống nhau, nhưng có mật độ của trung tâm hố đen là hữu hạn.
Vật thể mô phỏng con hố đen thuộc mô hình thứ ba có nhiều khía cạnh giống hố đen, nhưng không thể giữ bất kỳ vật chất nào trong thời gian dài, và bên trong kết nối với vũ trụ bên ngoài, cho phép photon thậm chí cả tín hiệu thoát ra. Hình ảnh từ kính thiên văn chân trời sự kiện có thể tiết lộ chi tiết của ánh sáng xung quanh “hố đen mô phỏng” thứ ba, chẳng hạn như sự xuất hiện của các vành sáng phức tạp hơn, và việc phát hiện sóng hấp dẫn cũng có thể chỉ ra những bất thường tinh tế tương thích với hình học không cổ điển của không-thời gian.
Giống như điểm kỳ dị, những mô hình này vẫn cần được nghiên cứu và xác minh thêm, kiến thức hiện tại không đủ để xác định mô hình nào nên được ưu tiên. Tuy nhiên, với những tiến bộ quan trọng trong lý thuyết và kết quả mô phỏng, nó đã đặt nền tảng cho các công cụ quan sát mới, sẽ tiếp tục dẫn dắt sự phát triển hoàn thiện của lý thuyết hấp dẫn lượng tử, như một cầu nối giữa thuyết tương đối tổng quát và lý thuyết lượng tử.
(Hình ảnh chính từ: pixabay)