Lý thuyết MOND giải thích lệch trọng lực trong hệ sao kép chậm

MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY//Getty Images

Những điều bạn sẽ học khi đọc bài viết này:

• Thuyết tương đối chung của Einstein, cập nhật quan trọng cho định luật hấp dẫn Newton.
• Một số hạn chế của thuyết Einstein xuất hiện ở các sao kép có gia tốc thấp.
• Nghiên cứu chỉ ra hiện tượng lệch gia tốc 30-40% có thể được giải thích bởi MOND.

---

Năm 1687, nhà vật lý người Anh Isaac Newton đã công bố định luật hấp dẫn phổ quát nổi tiếng. Ý tưởng rằng tất cả các vật thể đều thu hút nhau theo tỷ lệ khối lượng đã mở ra bước tiến cách mạng trong hiểu biết về vũ trụ. Tuy nhiên, những gì Newton trình bày cũng gặp phải giới hạn khi không thể giải thích các hiện tượng trọng lực như lỗ đen hay sóng hấp dẫn.

May mắn thay, vào đầu thế kỷ 20, Albert Einstein đã xuất hiện với Thuyết tương đối chung, bổ sung vào những chỗ còn thiếu sót của Newton.

Nhưng vũ trụ quá rộng lớn, và ngay cả Einstein cũng có lúc chạm tới giới hạn của mình. Một ví dụ nổi bật là tại tâm của lỗ đen, nơi mà lý thuyết dường như không còn hiệu lực. Gần đây, một nghiên cứu từ Đại học Sejong, Hàn Quốc cho thấy giới hạn khác của thuyết trọng lực Newton-Einstein có thể xuất hiện trong chuyển động quỹ đạo của các hệ sao kép rộng, hay còn gọi là "sao kép rộng". Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí The Astrophysical Journal.

Sau khi phân tích 26.500 hệ sao kép nằm trong khoảng cách 650 năm ánh sáng được chụp bởi kính viễn vọng Gaia của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu, đồng tác giả Kyu-Hyun Chae đã phát hiện điều kỳ lạ: khi các sao đạt gia tốc quỹ đạo ở mức khoảng 0.1 nanomet trên giây bình phương, gia tốc thực tế cao hơn 30-40% so với dự đoán của mô hình Newton-Einstein. Ngược lại, nếu gia tốc vượt qua 10 nanomet trên giây bình phương thì chúng tuân theo lý thuyết như dự kiến. Rõ ràng, chỉ ở mức gia tốc cực thấp mà có điều bất thường xảy ra.

Trong mô hình trọng lực tiêu chuẩn, đây là lúc khái niệm về vật chất tối trở nên hết sức quan trọng. Vì các nhà khoa học vẫn còn nhiều điều chưa biết về dạng vật chất và năng lượng giả định này – được cho là chiếm đa số vũ trụ – nên có khả năng vật chất tối đang ảnh hưởng đến tương tác trọng lực kỳ lạ này. Tuy nhiên, Chae cho rằng Modified Newtonian Dynamics (MOND), được đề xuất lần đầu bởi Mordehai Milgrom vào năm 1983, có thể là chìa khóa giải thích những sai lệch gia tốc thấp này.

Yếu tố gây ngạc nhiên nhất là một lý thuyết trọng lực chịu ảnh hưởng của MOND – có sự đồng tác giả của Milgrom – đã giải thích sự tăng gia tốc bất ngờ gấp 1,4 lần. Lý thuyết này được gọi là A Quadratic Lagrangian (AQUAL) và Chae khẳng định rằng nghiên cứu của anh "đại diện cho bằng chứng trực tiếp cho sự phá vỡ của trọng lực tiêu chuẩn ở mức gia tốc yếu."

"Sự chênh lệch có hệ thống này phù hợp với yếu tố tăng mà lý thuyết AQUAL dự đoán cho các gia tốc động học trong quỹ đạo tròn dưới tác động của trường ngoại của Ngân Hà," Chae nói.

Giống như cách Newton-Einstein dựa vào hạt vật chất tối còn chìm trong ẩn số, MOND cũng gặp phải những hạn chế và thách thức riêng. Nghiên cứu của Chae là một dấu hiệu tích cực cho lý thuyết Modified Newtonian Dynamics, nhưng vẫn cần nhiều bằng chứng quan sát thêm trước khi có thể thay đổi hoàn toàn hiểu biết hiện đại về trọng lực và vũ trụ.

Đánh giá tác động

Nội dung này mang đến một góc nhìn sâu sắc về những giới hạn trong thuyết trọng lực truyền thống của Newton và Einstein, điều này có thể kích thích sự quan tâm của cộng đồng khoa học tại Việt Nam. Bài viết không chỉ mở rộng kiến thức về vũ trụ mà còn đưa ra những thách thức mới đối với các lý thuyết vật lý hiện có, tạo cơ hội cho các nhà nghiên cứu và sinh viên tìm hiểu thêm về cơ chế trọng lực. Sự ra đời của MOND như một khả năng giải thích các hiện tượng bất thường có thể dẫn đến những bước đột phá trong nghiên cứu vật lý thiên văn. Qua đó, cộng đồng học thuật trong nước có thể tìm thấy nguồn cảm hứng và động lực để tiến hành nghiên cứu sâu hơn, góp phần nâng cao vị thế khoa học của Việt Nam trên trường quốc tế.