Con người quen với một vũ trụ có ba chiều không gian: dài, rộng và cao. Cùng với thời gian, chúng tạo nên không-thời gian bốn chiều mà chúng ta đang sống.

Nhưng một số mô hình vật lý cho rằng vũ trụ có thể còn một chiều không gian khác mà con người không thể trực tiếp nhìn thấy hay bước vào. Trong một nghiên cứu mới, nhà vật lý Luis Anchordoqui tại Lehman College cùng các cộng sự cho rằng những hố đen cực nhỏ ra đời sau Big Bang có thể chịu ảnh hưởng của chiều không gian ẩn này.

Nếu giả thuyết đúng, chúng thậm chí có thể trở thành một cách để tìm kiếm dấu vết của chiều không gian thứ năm.

Những hố đen quen thuộc thường hình thành khi các ngôi sao lớn cạn nhiên liệu và sụp đổ. Tuy nhiên, các nhà vật lý từ lâu còn đưa ra giả thuyết về một nhóm khác gọi là hố đen nguyên thủy.

Hố đen nguyên thủy được cho là đã xuất hiện ngay sau Big Bang. Khi đó, vật chất trong vũ trụ phân bố chưa đồng đều. Những vùng tập trung quá nhiều vật chất có thể co lại dưới tác động của lực hấp dẫn và hình thành các hố đen rất nhỏ.

Cho đến nay, các nhà khoa học vẫn chưa tìm thấy bằng chứng chắc chắn về sự tồn tại của chúng. Dù vậy, hố đen nguyên thủy vẫn được quan tâm vì có thể mang theo dấu vết của vũ trụ thuở sơ khai, đồng thời là một trong những giả thuyết được đưa ra để giải thích vật chất tối.

Theo mô hình mà nhóm nghiên cứu sử dụng, chiều không gian thứ năm nếu tồn tại chỉ có kích thước khoảng một micromet, tức một phần triệu mét. Vật chất thông thường không thể đi vào đó, nhưng lực hấp dẫn có thể vượt ra ngoài không-thời gian mà chúng ta đang sống.

Nhóm của Anchordoqui xem xét hai cách hố đen nguyên thủy có thể ra đời sau Big Bang. Một khả năng là chúng hình thành khi vũ trụ nguội đi rất nhanh. Trong quá trình này, một số vùng trở nên đặc hơn xung quanh và sụp đổ thành hố đen. Các tính toán cho thấy nếu chiều không gian thứ năm tồn tại, những hố đen nhỏ như vậy khó duy trì cấu trúc bốn chiều và sẽ chuyển sang dạng năm chiều.

Khả năng còn lại liên quan đến “dây vũ trụ”, những cấu trúc giả thuyết có thể đã xuất hiện trong vũ trụ sơ khai. Một số dây có thể cuộn thành vòng, co lại rồi sụp đổ thành hố đen. Theo tính toán của nhóm, trong trường hợp này, hố đen sẽ có cấu trúc năm chiều ngay từ khi ra đời.

Sự khác biệt này còn ảnh hưởng đến thời gian tồn tại của chúng. Theo lý thuyết của Stephen Hawking, hố đen mất dần năng lượng và khối lượng thông qua bức xạ Hawking, trong đó những hố đen nhỏ thường biến mất nhanh hơn. Nhưng nếu có năm chiều, quá trình này có thể diễn ra chậm hơn.

Nhờ vậy, một số hố đen nguyên thủy hình thành từ dây vũ trụ có thể tồn tại tới khoảng 13,8 tỷ năm, gần bằng tuổi của vũ trụ. Nếu các giả thuyết trên đúng, những hố đen ra đời ngay sau Big Bang có thể vẫn tồn tại cho tới ngày nay.

Nhóm nghiên cứu còn đặt ra khả năng một hố đen năm chiều đang ở giai đoạn cuối có thể liên quan đến hạt neutrino năng lượng cực cao từng được đài quan sát KM3NeT phát hiện. Tuy nhiên, đây mới chỉ là một cách giải thích và chưa có bằng chứng trực tiếp.

Bản thân hố đen nguyên thủy đến nay vẫn chưa được xác nhận, trong khi chiều không gian thứ năm cũng chỉ tồn tại trong các mô hình lý thuyết. Vì vậy, nghiên cứu không chứng minh rằng vũ trụ thực sự có thêm một chiều ẩn. Nó cho thấy nếu chiều này tồn tại, những hố đen nhỏ ra đời từ thuở sơ khai có thể là một trong những nơi để tìm kiếm dấu vết của nó.