Một phát hiện gần đây về neutrino năng lượng cao đã khiến giới khoa học xôn xao và có thể là bằng chứng đầu tiên xác nhận giả thuyết của Stephen Hawking về lỗ đen nguyên thủy. Nếu điều này được chứng minh, nó không chỉ làm thay đổi hiểu biết của chúng ta về bản chất vũ trụ sơ khai mà còn mở ra những khả năng mới trong việc giải mã bí ẩn vật chất tối.
Vào tháng 2 năm 2025, nhóm hợp tác khoa học KM3NeT (gồm hơn 360 nhà khoa học trên toàn thế giới và một hệ thống quan sát đặt dưới nước ngoài khơi bờ biển Pháp, Ý và Hy Lạp) đã phát hiện ra một neutrino có năng lượng lên tới 100 PeV (peta-electronvolt), cao hơn gấp 25 lần so với các hạt được gia tốc trong Máy Va Chạm Hadron Lớn (LHC).
Đây là một con số đáng kinh ngạc, vì neutrino là một trong những hạt khó nắm bắt nhất trong vũ trụ. Chúng hầu như không có khối lượng, không mang điện tích và có thể đi xuyên qua hầu hết vật chất mà không bị ảnh hưởng. Tuy nhiên, với năng lượng cao bất thường này, neutrino vừa được phát hiện có thể có nguồn gốc từ một sự kiện vũ trụ cực kỳ hiếm gặp.
Một nhóm các nhà nghiên cứu không tham gia vào cuộc thí nghiệm ban đầu đã đưa ra một giả thuyết táo bạo: neutrino này có thể là dấu hiệu của một lỗ đen nguyên thủy đang bốc hơi. Đây là một ý tưởng được dự đoán từ hơn 50 năm trước bởi nhà vật lý thiên tài Stephen Hawking. Ông từng đề xuất rằng vũ trụ sơ khai có thể đã sinh ra vô số lỗ đen nhỏ, gọi là lỗ đen nguyên thủy, và chúng có thể đang dần biến mất theo thời gian thông qua một quá trình gọi là bức xạ Hawking.
Theo lý thuyết này, khi một lỗ đen nhỏ đi đến giai đoạn cuối cùng của quá trình bốc hơi, nó sẽ phát ra một luồng bức xạ cực mạnh và có thể tạo ra các hạt năng lượng cao như neutrino mà KM3NeT vừa phát hiện.
Điểm đáng chú ý là nếu neutrino này thực sự có nguồn gốc từ một lỗ đen bốc hơi, thì lỗ đen đó phải có kích thước vô cùng nhỏ so với các lỗ đen thông thường. Các lỗ đen mà chúng ta biết ngày nay đều có khối lượng ít nhất gấp vài lần Mặt trời, thậm chí còn lớn hơn hàng triệu đến hàng tỷ lần.
Trong khi đó, lỗ đen giả định trong trường hợp này chỉ nặng khoảng 10.000 kg – tương đương với trọng lượng của hai con voi châu Phi trưởng thành, nhưng lại bị nén trong một thể tích nhỏ hơn cả một nguyên tử.
Vấn đề đặt ra là: làm thế nào một lỗ đen nhỏ như vậy có thể tồn tại đến ngày nay? Theo các tính toán thông thường, những lỗ đen nguyên thủy có kích thước tương tự đáng lẽ đã phát nổ từ hàng tỷ năm trước. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu gợi ý rằng có thể tồn tại một cơ chế lượng tử đặc biệt, giúp những lỗ đen này duy trì sự ổn định trong thời gian dài hơn. Cơ chế này có thể đã ngăn chặn sự phân rã của chúng suốt hàng tỷ năm qua, và chỉ đến thời điểm hiện tại, chúng mới bắt đầu bốc hơi mạnh mẽ và phát ra các hạt neutrino năng lượng cao.
Khả năng tồn tại của lỗ đen nguyên thủy không chỉ giúp kiểm chứng lý thuyết của Hawking mà còn có thể giải quyết một trong những bí ẩn lớn nhất của vũ trụ: vật chất tối. Các nhà khoa học từ lâu đã tìm kiếm lời giải cho câu hỏi về vật chất tối, một loại vật chất vô hình chiếm khoảng 85% khối lượng vũ trụ nhưng chưa từng được quan sát trực tiếp.
Một giả thuyết phổ biến cho rằng vật chất tối có thể bao gồm các lỗ đen nguyên thủy, nhưng cho đến nay vẫn chưa có bằng chứng thực nghiệm nào khẳng định điều này. Nếu giả thuyết mới về neutrino từ lỗ đen bốc hơi được xác nhận, đây sẽ là một bước đột phá lớn, cho thấy các lỗ đen nguyên thủy có thể thực sự tồn tại và góp phần giải thích bản chất của vật chất tối.
Các nhà nghiên cứu ước tính rằng nếu giả thuyết này là đúng, thì trong những năm tới, KM3NeT sẽ tiếp tục phát hiện thêm các neutrino có năng lượng tương tự từ những lỗ đen nguyên thủy khác đang bốc hơi. Nếu điều đó xảy ra, đây sẽ là một bằng chứng mạnh mẽ cho thấy những lỗ đen nhỏ bé đã tồn tại từ thời kỳ sơ khai của vũ trụ và giờ đây đang dần biến mất.
Khám phá này cũng có thể buộc chúng ta phải suy nghĩ lại về nhiều khía cạnh trong ngành vật lý thiên văn. Nó sẽ ảnh hưởng không chỉ đến việc nghiên cứu vật chất tối, mà còn giúp chúng ta hiểu rõ hơn về quá trình tiến hóa của vũ trụ, nguồn gốc của các neutrino năng lượng cao, và thậm chí là bản chất của không-thời gian ở quy mô lượng tử. Nếu các quan sát tiếp theo xác nhận rằng neutrino được phát hiện thực sự có nguồn gốc từ một lỗ đen nguyên thủy đang bốc hơi, thì đây có thể là một trong những khám phá quan trọng nhất của thế kỷ.
Tuy nhiên, giả thuyết này vẫn đang ở giai đoạn đầu và cần được kiểm chứng thêm. Các nhà khoa học sẽ tiếp tục theo dõi các tín hiệu neutrino khác từ vũ trụ và sử dụng các công cụ quan sát tiên tiến hơn để tìm kiếm những bằng chứng thuyết phục hơn. Dù kết quả cuối cùng có ra sao, phát hiện này đã mở ra một chương mới trong hành trình khám phá vũ trụ, và có thể là bước đầu tiên dẫn đến một cuộc cách mạng trong hiểu biết của chúng ta về bản chất của không gian, thời gian và vật chất.
