Lỗ đen là lối ra một chiều từ vũ trụ của chúng ta. Tìm hiểu về Hố đen (lỗ đen hay hố đen vũ trụ) là gì? hình thành thế nào? sức ảnh hưởng của hố đen.
Ý tưởng về một lỗ đen – một vật thể lớn đến mức không gì có thể thoát khỏi lực hấp dẫn của nó – có từ những năm 1700. Nhưng câu chuyện hiện đại về lỗ đen thực sự bắt đầu với lý thuyết cách mạng về lực hấp dẫn của Einstein, được hoàn thành vào năm 1917. Trong một thế kỷ qua, các nhà khoa học đã sử dụng lý thuyết hấp dẫn của Einstein để phát triển một bức tranh về các lỗ đen phải như thế nào. Dưới đây là một số đặc tính tuyệt vời của lỗ đen mà họ đã dự đoán.
Hố đen là gì?
Hố đen là một nơi trong không gian mà lực hấp dẫn kéo đến mức ngay cả ánh sáng cũng không thể lọt ra ngoài. Lực hấp dẫn rất mạnh bởi vì vật chất đã bị ép vào một khoảng không gian cực nhỏ. Điều này có thể xảy ra khi một ngôi sao đang chết.
Vì không có ánh sáng nào có thể lọt ra ngoài nên con người không thể nhìn thấy lỗ đen. Chúng vô hình. Kính viễn vọng không gian với các công cụ đặc biệt có thể giúp tìm ra lỗ đen. Các công cụ đặc biệt có thể thấy những ngôi sao rất gần với lỗ đen hoạt động khác với những ngôi sao khác như thế nào.
Lỗ đen là một “lỗ hổng” thực sự trong không gian: Bất cứ thứ gì vượt qua rìa lỗ – được gọi là “đường chân trời” của lỗ – sẽ bị nuốt chửng mãi mãi. Vì lý do này, các lỗ đen được coi là một rìa của không gian, một cánh cửa thoát ra một chiều từ vũ trụ của chúng ta; không có gì bên trong một lỗ đen có thể giao tiếp với vũ trụ của chúng ta một lần nữa, ngay cả về nguyên tắc.
 Một nghệ sĩ đang vẽ một lỗ đen có tên Cygnus X-1. Nó hình thành khi một ngôi sao lớn chui vào. Hố đen này kéo vật chất từ ngôi sao xanh bên cạnh nó. Nguồn: NASA / CXC / M.Weiss |  Bản vẽ của một nghệ sĩ cho thấy quang cảnh hiện tại của dải Ngân hà. Các bằng chứng khoa học cho thấy ở giữa Dải Ngân hà là một lỗ đen siêu lớn. Nguồn: NASA / JPL-Caltech |
 Hình ảnh trung tâm của dải Ngân hà này được chụp bởi Đài quan sát tia X Chandra. Nguồn: NASA / CXC / MIT / FK Baganoff et al. |  Nhân Mã A * là lỗ đen ở trung tâm của thiên hà Milky Way. Nguồn: Tia X: NASA / UMass / D.Wang và cộng sự, IR: NASA / STScI |
Bên trong hố đen vũ trụ là gì?
Bên trong một lỗ đen là nơi bí ẩn thực sự. Theo lý thuyết của Einstein, thời gian và không gian, theo một cách nào đó, giao dịch diễn ra bên trong lỗ. Bên trong lỗ đen, dòng thời gian tự hút các vật thể rơi vào tâm lỗ đen. Không một thế lực nào trong vũ trụ có thể ngăn chặn sự sụp đổ này, không có bất kỳ lực nào hơn chúng ta có thể ngăn dòng chảy của thời gian.
Tại chính tâm của lỗ đen là nơi mà sự hiểu biết của chúng ta bị phá vỡ. Lý thuyết hấp dẫn của Einstein dường như dự đoán rằng chính thời gian bị phá hủy ở tâm của lỗ: thời gian đột ngột kết thúc ở đó. Vì lý do này, một lỗ đen đôi khi được mô tả là “mặt trái của tạo hóa.” Nhưng không ai biết làm thế nào hoặc tại sao thời gian có thể kết thúc đột ngột, hơn nữa chúng ta biết thời gian được tạo ra như thế nào ngay từ đầu. Lý thuyết về lực hấp dẫn của Einstein không còn được áp dụng ở những quy mô khoảng cách nhỏ nhất này nữa, và phải tìm ra các định luật tự nhiên mới mô tả những gì xảy ra tại tâm của một lỗ đen.
Liệu bên trong một lỗ đen có dẫn đến một vũ trụ khác, như một số nhà khoa học đã khẳng định? Sự thật ra sao, không ai thực sự biết. Chúng ta không thể thực hiện một thí nghiệm trực tiếp để tìm ra, ngay cả về mặt nguyên tắc, vì không có thông tin hoặc bằng chứng nào có thể quay trở lại từ một lỗ đen. Đó là điều khiến việc tìm kiếm và nghiên cứu lỗ đen từ bên ngoài trở nên quan trọng , đồng thời phát triển các lý thuyết có thể dự đoán một cách tự tin hơn những gì có thể xảy ra bên trong lỗ đen.
Lỗ đen lớn đến mức nào?
Các lỗ đen có thể lớn hoặc nhỏ. Các nhà khoa học cho rằng các lỗ đen nhỏ nhất chỉ nhỏ bằng một nguyên tử. Những lỗ đen này rất nhỏ nhưng có khối lượng bằng một ngọn núi lớn. Khối lượng là lượng vật chất, hay “chất” trong một vật thể.
Một loại lỗ đen khác được gọi là “sao”. Khối lượng của nó có thể gấp 20 lần khối lượng của mặt trời. Có thể có rất nhiều lỗ đen khối lượng sao trong thiên hà của Trái đất. Thiên hà của Trái đất được gọi là Dải Ngân hà.
Các lỗ đen lớn nhất được gọi là “supermassive”. Những lỗ đen này có khối lượng lớn hơn 1 triệu mặt trời. Các nhà khoa học đã tìm ra bằng chứng rằng mọi thiên hà lớn đều chứa một lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của nó. Hố đen siêu lớn ở trung tâm của dải Ngân hà được gọi là Nhân Mã A. Nó có khối lượng bằng khoảng 4 triệu mặt trời và sẽ nằm gọn trong một quả cầu rất lớn có thể chứa vài triệu Trái đất.
Hỗ đen vũ trụ được hình thành thế nào?
Các nhà khoa học cho rằng những lỗ đen nhỏ nhất hình thành khi vũ trụ bắt đầu.
Hố đen sao được tạo ra khi tâm của một ngôi sao rất lớn rơi vào chính nó, hoặc sụp đổ. Khi điều này xảy ra, nó gây ra một siêu tân tinh. Siêu tân tinh là một ngôi sao nổ tung một phần của ngôi sao vào không gian.
Các nhà khoa học cho rằng các lỗ đen siêu lớn được tạo ra cùng lúc với thiên hà mà chúng đang ở.
Nếu Hố đen là “Đen”, Làm sao các nhà khoa học biết chúng ở đó?
Không thể nhìn thấy lỗ đen vì lực hấp dẫn mạnh kéo toàn bộ ánh sáng vào giữa lỗ đen. Nhưng các nhà khoa học có thể thấy lực hấp dẫn mạnh ảnh hưởng đến các ngôi sao và khí xung quanh hố đen như thế nào. Các nhà khoa học có thể nghiên cứu các ngôi sao để tìm hiểu xem chúng đang bay xung quanh, hay quay quanh quỹ đạo, một lỗ đen.
Khi một lỗ đen và một ngôi sao ở gần nhau, ánh sáng năng lượng cao được tạo ra. Loại ánh sáng này không thể nhìn thấy bằng mắt người. Các nhà khoa học sử dụng vệ tinh và kính thiên văn trong không gian để nhìn thấy ánh sáng năng lượng cao.
Hố đen có thể hủy diệt Trái đất?
Các lỗ đen không đi xung quanh trong không gian ăn các ngôi sao, mặt trăng và hành tinh. Trái đất sẽ không rơi vào hố đen vì không có hố đen nào đủ gần với hệ Mặt trời để Trái đất làm được điều đó.
Ngay cả khi một lỗ đen có cùng khối lượng với mặt trời thay thế cho Mặt trời, Trái đất vẫn sẽ không rơi vào. Hố đen sẽ có cùng trọng lực với mặt trời. Trái đất và các hành tinh khác sẽ quay quanh lỗ đen khi chúng quay quanh mặt trời bây giờ.
Mặt trời sẽ không bao giờ biến thành lỗ đen. Mặt trời không phải là một ngôi sao đủ lớn để tạo ra một lỗ đen.
Câu hỏi thường gặp
Mất bao lâu để tạo ra một lỗ đen?
Một lỗ đen có khối lượng sao, có khối lượng gấp hàng chục lần khối lượng Mặt trời, có thể hình thành trong vài giây, sau khi một ngôi sao lớn sụp đổ. Những lỗ đen tương đối nhỏ này cũng có thể được tạo ra thông qua sự hợp nhất của hai tàn dư sao dày đặc được gọi là sao neutron. Một ngôi sao neutron cũng có thể hợp nhất với một lỗ đen để tạo thành một lỗ đen lớn hơn, hoặc hai lỗ đen có thể va chạm. Những vụ sáp nhập như thế này cũng tạo ra các lỗ đen nhanh chóng, và tạo ra các gợn sóng trong không-thời gian được gọi là sóng hấp dẫn.
Bí ẩn hơn là những lỗ đen khổng lồ được tìm thấy tại trung tâm của các thiên hà – những lỗ đen “siêu lớn”, có thể nặng gấp hàng triệu hoặc hàng tỷ lần khối lượng Mặt trời. Có thể mất chưa đến một tỷ năm để 1 lỗ đen có thể đạt đến kích thước rất lớn, nhưng nhìn chung vẫn chưa biết chúng phải mất bao lâu để hình thành.
Làm thế nào để các nhà khoa học tính toán khối lượng của một lỗ đen siêu lớn?
Nghiên cứu liên quan đến việc xem xét chuyển động của các ngôi sao ở trung tâm của các thiên hà. Những chuyển động này ngụ ý một vật thể tối, khổng lồ có khối lượng có thể được tính từ tốc độ của các ngôi sao. Vật chất rơi vào lỗ đen sẽ làm tăng thêm khối lượng của lỗ đen. Lực hấp dẫn của nó không biến mất khỏi vũ trụ.
Liệu một lỗ đen có thể "ăn" cả một thiên hà?
Không. Không có chuyện một lỗ đen “nuốt” cả một thiên hà. Phạm vi hấp dẫn của các lỗ đen siêu lớn nằm ở giữa các thiên hà là lớn, nhưng gần như không đủ lớn để ăn cả thiên hà.
Điều gì sẽ xảy ra nếu bạn rơi vào hố đen?
Nó chắc chắn sẽ không tốt! Nhưng những gì chúng ta biết về bên trong lỗ đen đến từ Thuyết Tương đối Tổng quát của Albert Einstein.
Đối với lỗ đen, những người quan sát ở xa sẽ chỉ nhìn thấy những vùng bên ngoài chân trời sự kiện, nhưng những người quan sát riêng lẻ rơi vào lỗ đen sẽ trải nghiệm một “thực tế” hoàn toàn khác. Nếu bạn bước vào chân trời sự kiện, nhận thức của bạn về không gian và thời gian sẽ hoàn toàn thay đổi. Đồng thời, lực hấp dẫn khổng lồ của lỗ đen sẽ nén bạn theo chiều ngang và kéo bạn theo chiều dọc như một sợi mì, đó là lý do tại sao các nhà khoa học gọi hiện tượng này (không đùa đâu) là “sự tạo thành sợi mì”.
Điều gì sẽ xảy ra nếu Mặt trời biến thành lỗ đen?
Mặt trời sẽ không bao giờ biến thành một lỗ đen vì nó không đủ lớn để phát nổ. Thay vào đó, Mặt trời sẽ trở thành một tàn dư sao dày đặc được gọi là sao lùn trắng.
Nhưng nếu theo giả thuyết, Mặt trời đột nhiên trở thành một lỗ đen có khối lượng tương tự như ngày nay, thì điều này sẽ không ảnh hưởng đến quỹ đạo của các hành tinh, bởi vì ảnh hưởng hấp dẫn của nó đối với hệ Mặt trời sẽ giống nhau. Vì vậy, Trái đất sẽ tiếp tục quay xung quanh Mặt trời mà không bị kéo vào – mặc dù việc thiếu ánh sáng mặt trời sẽ là thảm họa đối với sự sống trên Trái đất.
