Lực đen - một lực mới trong vũ trụ, nay còn trở nên kỳ lạ hơn

Một nghiên cứu mới đây đã mở rộng thêm những hiểu biết trong việc khám phá ra lực đen, cho thấy ảnh hưởng của bức xạ đối với các hạt xung quanh những vật thể lớn có thể được phóng đại bởi không gian bao quanh chúng.

Phát hiện này có thể ảnh hưởng đến cách chúng ta mô phỏng sự hình thành của các vì sao và hành tinh, thậm chí còn giúp chúng ta phát hiện ra một dạng bức xạ lý thuyết giải thích cho cái chết của hố đen (sự bay hơi hố đen).

Vào năm 2013, các nhà vật lý đã cho biết bức xạ phát ra từ các vật thể gọi là “vật thể đen” không những có thể đẩy các hạt nhỏ ra xa, mà còn có thể kéo chúng lại gần. Hơn nữa, đối với những vật thể có đủ sức nóng và có khối lượng nhỏ, lực đẩy có thể mạnh hơn cả lực hấp dẫn của chúng.

Nếu bạn chưa từng bắt gặp thuật ngữ này, thì “vật thể đen” (vật đen tuyệt đối hay ngắn gọn là vật đen) là vật thể hấp thụ hoàn toàn ánh sáng nhìn thấy, chúng không phản xạ hay tán xạ lại ánh sáng. Về mặt kỹ thuật, các vật thể đen mô tả một cách lý thuyết những vật thể hoàn toàn không phản xạ với bất kỳ ánh sáng nào. Các vật thể đen phát ra bức xạ và làm những hạt xung quanh rung động, điều này giúp các nhà nghiên cứu có thể mô tả tính chất nhiệt của vật thể.

Một vật thể đen nhân tạo

Bốn năm trước, một nhóm các nhà nghiên cứu của Úc đã tìm ra rằng, bức xạ được phát ra từ một vật thể đen có ảnh hưởng rất lạ đối với những nguyên tử ở gần đó.

Để tìm hiểu hiệu ứng này, chúng ta cần biết rằng các nguyên tử có thể di chuyển và thay đổi hướng khi các photon mà chúng hấp thụ gây ra sự dịch chuyển xung lượng của nguyên tử. Trong điều kiện thích hợp, các vật thể lớn cỡ một tế bào có thể bị đẩy vòng quanh bởi một chùm ánh sáng - một hiện tượng thường được sử dụng trong một dạng công nghệ gọi là nhíp quang học.

Từ lâu, các nhà vật lý đã biết rằng bức xạ điện từ có thể làm thay đổi tính chất của các nguyên tử gần đó thông qua hiệu ứng Stark, nó làm thay đổi vị trí của các electron trong nguyên tử và đặt nó trong trạng thái năng lượng thấp hơn. Điều này xảy ra để làm các nguyên tử có xu hướng di chuyển về phía trước, đến những phần sáng hơn trong một chùm sáng.

Các nhà vật lý người Úc đã ứng dụng cả hai hiểu biết này, cho thấy bức xạ nhiệt không những có thể làm cho ánh sáng đẩy các hạt ra xa như thế nào, mà còn cho thấy chúng cũng có thể kéo các hạt về phía vật thể (nhờ có hiệu ứng Stark).

“Sự tương tác giữa hai lực - một lực hút và một lực đẩy do áp xuất bức xạ - vẫn thường được xem xét trong các phòng thí nghiệm quang học lượng tử, nhưng chúng ta đã bỏ sót một điều, hiện tượng này cũng xuất hiện cùng với nguồn sáng nhiệt”, nhà nghiên cứu chính Matthias Sonnleitner từ Đại học Innsbruck.

Mặc dù lực này rất yếu, nhưng chúng vẫn cho thấy sức kéo của bức xạ thực sự có thể lớn hơn trọng lực tạo ra bởi những vật thể nóng có khối lượng nhỏ, thông qua những hạt có kích thước nhỏ hơn cả bụi.

“Những hạt có kích cỡ chưa đầy 1 micron (1 micron bằng 1/1.000.000m ) đóng một vai trò rất quan trọng trong việc hình thành các hành tinh và ngôi sao hay các thiên thể”, Sonnleitner nói. “Rõ ràng, có một số câu hỏi trong việc làm thế nào mà chúng tương tác với khí hydro xung quanh hoặc với nhau. Hiện nay, chúng ta đang nghiên cứu cách thức mà loại lực hấp dẫn bổ sung này tác động đến hoạt động của các nguyên tử và bụi.”

Không lâu sau đó, một nhóm các nhà vật lý khác đã tiếp cận đến những vấn đề mà Sonnleitner và các đồng nghiệp bỏ lại. Họ đang nghiên cứu ảnh hưởng của cả hình dạng vật thể đen và những tác động của nó đối với độ cong của không-thời gian xung quanh sự hấp dẫn và đẩy lùi này.

Đặc biệt, họ đã tính toán được độ cong của không gian xung quanh một vật đen hình cầu và một vật đen hình trụ, họ cũng đo được những ảnh hưởng của lực bức xạ vật chất đen khác nhau như thế nào.

Đối với vật đen hình cầu, các nhà khoa học đã đo được độ cong và cấu trúc liên kết không gian xung quanh nó, cùng với một hiệu ứng phóng đại đối với lực hấp dẫn do những ảnh hưởng của cả trọng lực và góc của bức xạ tác động lên các hạt.

Còn đối với trường hợp của vật đen hình trụ thì điều này không xảy ra, do nó có những về mặt phẳng và không gian xung quanh, nơi mà hiệu ứng đen không bị phóng đại.

Mặc dù hiệu ứng này sẽ không thể phát hiện trong phòng thí nghiệm hay thậm chí là các vật thể có kích thước Mặt trời, nhưng đối với các vật thể đen khổng lồ như những ngôi sao Neutron, thì hiệu ứng này có thể tạo ra được khác biệt đáng kể.

“Chúng tôi nghĩ rằng sự tăng cường của lực đen do các nguồn siêu dày đặc có thể ảnh hưởng đến các hiện tượng có thể phát hiện liên quan đến chúng, như sự phát tán của các hạt siêu năng lượng và sự hình hành các đĩa bồi nhỏ xung quanh hố đen”, người dẫn đầu nghiên cứu Celio Muniz từ Đại học Ceará State, Brazil.

Tham khảo Sciencealert

Hình ảnh đầu tiên về mạng lưới vật chất tối, thứ kết nối các thiên hà lại với nhau

Nguyễn Tuấn Tài