"Hạt báo tử" đập vào Trái Đất với năng lượng kỷ lục

Theo Science Alert, một nghiên cứu từ nhóm hợp tác quốc tế KM3NeT Collaboration đã giải mã được bí ẩn về sự kiện KM3-230213A xảy ra năm 2023, là hiện tượng một neutrino - tức "hạt ma quỷ" - mang năng lượng tới 220 petaelectronvolt được máy dò của người Trái Đất bắt được.

Neutrino một loại hạt hạ nguyên tử có điện tích bằng 0, khối lượng gần bằng 0, đi xuyên qua mọi thứ trên bề mặt và các lớp của Trái Đất mà hầu như không để lại dấu vết.

Trước đó, hạt mang năng lượng cao nhất được ghi nhận có điện tích là 10 petaelectronvolt.

Vì vậy, khi một trong 2 mảng kính viễn vọng KM3NeT - nằm ở độ sâu 3.450 mét bên dưới bề mặt Địa Trung Hải - bắt được neutrino kỳ lạ trên, các nhà khoa học thế giới gần như bị sốc.

Nhóm điều hành kính viễn vọng đã đi tìm câu trả lời từ lúc đó đến nay. Trong bài nghiên cứu vừa được đăng tải trên tạp chí khoa học Physical Review X, họ kết luận rằng neutrino bí ẩn đó là "tiếng thét cuối cùng" của một lỗ đen nguyên thủy bị phát nổ.

Lỗ đen nguyên thủy là loại vật thể lý thuyết, được cho là hình thành từ những biến động lượng tử trong không - thời gian vào giây đầu tiên sau Vụ nổ Big Bang hơn 13,8 tỉ năm trước.

Chúng ta vẫn chưa xác nhận được sự tồn tại của những vật thể kỳ lạ này.

Trên thực tế, theo lý thuyết, chúng lẽ ra phải tự hủy khá nhanh, mà theo các nhà khoa học là do lỗ đen có thể phát ra bức xạ Hawking, được tạo ra bởi các hiệu ứng lượng tử gần chân trời sự kiện.

Lỗ đen càng nhỏ, năng lượng bức xạ Hawking mà nó phát ra càng cao. Cuối cùng, lỗ đen bốc hơi hoàn toàn, phát nổ thành một luồng hạt.

Các nhà vật lý Alexandra Klipfel và David Kaiser của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT - Mỹ), thành viên nhóm KM3NeT Collaboration, đã tính toán lượng bức xạ Hawking phát ra từ một lỗ đen đang co lại, tiến dần đến cái chết.

Họ phát hiện ra rằng trong nano giây cuối cùng của cuộc đời, một lỗ đen nguyên thủy đang hấp hối có khối lượng bằng một tiểu hành tinh sẽ phát ra khoảng một ngàn tỉ neutrino với năng lượng trong phạm vi tương tự như sự kiện KM3-230213A.

Tuy nhiên, để một "hạt báo tử" neutrino mang đặc điểm năng lượng của KM3-230213A va chạm với Trái Đất, vụ nổ cần phải xảy ra trong phạm vi 2.000 đơn vị thiên văn tính từ Trái Đất, hay khoảng 3% năm ánh sáng.

Vì vậy, lỗ đen phát nổ phải nằm bên trong đám mây Oort, một cấu trúc giống lớp vỏ khổng lồ bao bọc lấy hệ Mặt Trời, xác định ranh giới hấp dẫn của hệ.

Phát hiện này cho thấy các "hạt ma quỷ" liên tục tuôn xuống Trái Đất có thể chính là manh mối để chúng ta đi tìm các lỗ đen nguyên thủy.