Với vật lý hiện đại, thuyết tương đối tổng quát của Albert Einstein không chỉ là một công trình lý thuyết vĩ đại về sự uốn cong của không - thời gian, mà còn là một công cụ sắc bén giúp con người nhìn thấu những bí ẩn sâu thẳm nhất của vũ trụ.
Đối với các nhà vật lý thiên văn, học thuyết này giống như một ngọn hải đăng soi sáng những vùng tối của tri thức, nơi mà các quy luật vật lý cổ điển của Newton đôi khi phải chùn bước. Khi một hiện tượng thiên văn kỳ lạ khiến giới khoa học bối rối, việc tìm đến di sản của Einstein luôn là một lựa chọn đúng đắn và đầy hứa hẹn. Gần đây, một bí ẩn lớn liên quan đến sự tồn tại - hay nói đúng hơn là sự vắng bóng - của các hành tinh kiểu Tatooine đã được giải mã thông qua chính lăng kính này.
Khái niệm về một hành tinh có hai Mặt Trời từ lâu đã trở nên quen thuộc với công chúng thông qua hình ảnh hành tinh Tatooine trong bộ phim Star Wars. Tuy nhiên, trong thực tế vũ trụ, những hành tinh quay quanh hệ sao đôi (circumbinary exoplanets) lại là một sự quý hiếm đến mức khó tin.
Mặc dù giới thiên văn học đã xác nhận sự tồn tại của hơn 6.000 hành tinh ngoài hệ Mặt Trời tính đến thời điểm hiện tại, số lượng các hành tinh quay quanh cặp sao đôi lại vô cùng ít ỏi. Một bài báo vừa được công bố trên tạp chí danh giá The Astrophysical Journal Letters đã đưa ra một lời giải thích chấn động cho thực tế này.
Theo đó, chính những tác động của thuyết tương đối tổng quát đã đóng vai trò là "kẻ thanh trừng" tàn khốc, loại bỏ sự hiện diện của các hành tinh trong những hệ thống sao đôi chặt chẽ.
Các nhà thiên văn học từ lâu đã đưa ra một giả định đầy lạc quan rằng các hệ sao đôi không nên có khả năng hình thành hành tinh kém hơn nhiều so với các ngôi sao đơn lẻ. Dựa trên dữ liệu quan sát, khoảng 10% các ngôi sao đơn lẻ được biết đến là có sở hữu các hành tinh lớn. Thế nhưng, khi nhìn vào các hệ sao đôi, bức tranh lại hoàn toàn khác.
Trong suốt quá trình hoạt động của mình, kính viễn vọng Kepler đã phát hiện được khoảng 3.000 hệ sao đôi tiềm năng. Tuy nhiên, trong số hàng nghìn hệ thống đó, các nhà khoa học chỉ có thể tìm thấy 47 ứng viên hành tinh thông qua phương pháp quá cảnh, và con số thực sự được xác nhận tồn tại chỉ vỏn vẹn là 14 hành tinh.
Mohammad Farhat, tác giả chính của nghiên cứu và là nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Đại học California, Berkeley, đã mô tả thực trạng này một cách đầy hình tượng là một "sa mạc tuyệt đối". Theo ông, tình trạng khan hiếm này không chỉ là một hiện tượng ngẫu nhiên, mà nó đặc biệt nghiêm trọng xung quanh các hệ sao đôi có chu kỳ quỹ đạo ngắn từ bảy ngày trở xuống.
Để tìm hiểu xem liệu đây là hệ quả của những giới hạn về mặt công nghệ quan sát hay là một hiện tượng vật lý thực thụ, Mohammad Farhat và cộng sự của mình, nhà vật lý Jihad Touma từ Đại học American University of Beirut tại Lebanon, đã quyết định tìm đến thuyết tương đối tổng quát.
Nghiên cứu của họ đã thực hiện một cuộc phân tích toán học chuyên sâu để đánh giá các lực tương đối tính tác động lên các hệ thống sao đôi chặt chẽ. Kết quả cho thấy thuyết tương đối của Einstein đã tạo ra những tác động không thể đảo ngược đối với sự ổn định quỹ đạo của các vật thể xung quanh.
Trong các hệ sao đôi, hai ngôi sao không đứng yên mà liên tục dao động và xích lại gần nhau hơn trong suốt hàng chục triệu năm. Các thông số quỹ đạo của chúng không ngừng thay đổi và thu hẹp lại. Khi một hành tinh - hoặc thậm chí là mầm mống của một vi hành tinh đang bắt đầu hình thành - xuất hiện trong môi trường này, nó sẽ phải đối mặt với một sự biến dạng quỹ đạo cực đoan.
Dưới tác động của thuyết tương đối, quỹ đạo của hành tinh không còn giữ được hình dạng gần tròn ổn định mà bị kéo dài ra thành một hình bầu dục cực mỏng. Điều này đẩy hành tinh vào những tình huống khắc nghiệt nhất khi khoảng cách gần nhất và xa nhất của nó so với cặp sao chủ trở nên vô cùng cực đoan.
Jihad Touma giải thích rằng trên lộ trình chuyển động đầy biến động này, hành tinh sẽ không tránh khỏi việc đi vào "vành đai bất ổn" bao quanh các ngôi sao đôi. Đây là nơi mà các hiệu ứng tương tác ba vật thể sẽ bắt đầu phát huy tác dụng một cách mạnh mẽ nhất và thực hiện một quá trình quét sạch khu vực đó về mặt trọng lực.
Hậu quả của sự can thiệp này thường dẫn đến hai kịch bản bi thảm cho bất kỳ hành tinh nào. Kịch bản đầu tiên là hành tinh sẽ bay quá gần các ngôi sao chủ và bị lực triều cực mạnh của chúng xé nát hoàn toàn.
Kịch bản thứ hai là hành tinh sẽ bị đẩy ra xa đến mức thoát khỏi lực hút của hệ thống và trở thành một kẻ lang thang cô độc trong không gian sâu thẳm. Mohammad Farhat nhấn mạnh rằng trong cả hai trường hợp, kết quả cuối cùng đều là sự biến mất của hành tinh.
Điều này giải thích tại sao 14 hành tinh mà chúng ta biết đến hiện nay lại là những phát hiện vô cùng may mắn và hiếm hoi, giống như những kẻ sống sót sau một cuộc sàng lọc khốc liệt của vũ trụ.
Phát hiện này không chỉ giúp làm sáng tỏ lý do tại sao các hành tinh kiểu Tatooine lại khó tìm thấy đến vậy, mà còn mở ra những chân trời mới cho việc ứng dụng thuyết tương đối vào việc nghiên cứu các hiện tượng vũ trụ cực đoan khác.
Mohammad Farhat và Jihad Touma đang đặt ra câu hỏi liệu cách tiếp cận tương tự có thể giải thích được hành vi của các ngôi sao xung quanh những thực thể có mật độ vật chất khổng lồ như các hố đen siêu khối lượng đôi hoặc các sao xung.
Sự tương tác phức tạp của lực tương đối tính trong những hệ thống ba vật thể có thể là chìa khóa để hiểu rõ hơn về cách thức vũ trụ định hình và tái cấu trúc các thành phần của nó.
Tóm lại, sự vắng bóng của những hành tinh có hai Mặt Trời không phải là một sự thiếu sót của thiên nhiên, mà là kết quả của một quá trình vận hành nghiêm ngặt và đầy uy quyền của các quy luật vật lý.
Thuyết tương đối tổng quát của Einstein một lần nữa chứng minh được sức mạnh dự báo tuyệt vời của mình, giúp con người nhận ra rằng sự ổn định trong vũ trụ đôi khi là một đặc ân hiếm có. Những hành tinh đơn lẻ quay quanh một ngôi sao như Trái Đất của chúng ta có lẽ đang sở hữu một sự may mắn lớn lao khi không phải đối mặt với những tác động tương đối tính tàn khốc vốn luôn sẵn sàng quét sạch mọi sự sống trong những hệ sao đôi chặt chẽ.
Di sản của Einstein tiếp tục là kim chỉ nam, đưa nhân loại đi từ những bất ngờ này đến những khám phá khác trong hành trình chinh phục không gian bao la.
Đức Khương
