Với việc thách thức giới hạn hiểu biết của chúng ta về vật chất, không gian và thời gian, hố đen luôn là một chủ đề lôi cuốn đối với cả công chúng và các nhà khoa học. Tuy các nhà khoa học trên khắp thế giới đã thu được rất nhiều phát hiện mới về vũ trụ với sự trợ giúp của hố đen, nhưng vẫn còn nhiều điều mà chúng ta chưa biết về hiện tượng vũ trụ đặc biệt này. Vậy hố đen là gì? Chúng ta đã biết được gì về chúng?
Hố đen là gì?
Hố đen được tạo thành trong một vùng không gian khi vật chất tại đó được nén đến mức lực hấp dẫn lấn át tất cả các lực cơ bản khác.
Chẳng hạn, khi bạn cầm một quả bóng bowling, bạn sẽ thấy nó càng nặng nếu vật chất bên trong càng đặc. Nếu bạn nén ngày càng nhiều vật chất vào trong quả bóng, thì cuối cùng bạn sẽ tạo ra được một lực hấp dẫn cực mạnh tại vùng không gian của quả bóng, mạnh đến nỗi ánh sáng sẽ không thể thoát ra được nếu đi vào đó.
Bước tiến đầu tiên trong việc khám phá ra hố đen là của Giáo sư đoạt giải Nobel Subrahmanyan Chandrasekhar, khi ông nhận ra rằng những ngôi sao nặng sẽ phải suy sụp sau khi chúng hết nhiên liệu cho các phản ứng nhiệt hạch để giữ cho chúng nóng và sáng. Do đó, vũ trụ của chúng ta có thể đầy ắp các hố đen.
Trong thập kỷ qua, các nhà khoa học đã phát hiện ra những tín hiệu va chạm của các hố đen và chụp được hình ảnh ánh sáng đến từ bụi khí xoáy xung quanh chúng. Những điều này đã giúp con người biết được thêm nhiều điều về vũ trụ. Chẳng hạn, hố đen đã giúp chúng ta kiểm tra thuyết tương đối rộng của Einstein, mô tả cách thức mà khối lượng, không gian và thời gian liên hệ với nhau. Ngoài ra, các nhà khoa học cho rằng hố đen vẫn còn có thể cung cấp thêm nhiều hiểu biết khác nữa về không thời gian và các quy luật cơ bản khác của vũ trụ. Và thậm chí là hố đen siêu lớn ở trung tâm hệ Ngân Hà có thể đã đóng một vai trò nào đó trong việc hình thành Trái đất.
-
- Mô phỏng hai hố đen đen sáp nhập và phát ra sóng hấp dẫn. (Ảnh: NASA Achieves Breakthrough In Black Hole Simulation)
Bên trong hố đen là gì?
Một câu hỏi mà mọi người luôn thắc mắc là bên trong hố đen vũ trụ có gì? Câu trả lời ngắn gọn là không ai biết có gì bên trong hố đen.
Giáo sư Daniel Holz của Đại học Chicago cho biết: “Ở một số khía cạnh, đây là một trong những câu hỏi sâu sắc nhất trong vật lý học. Không có nhiều trường hợp trong vật lý mà chúng ta không thể đoán trước được điều gì sẽ xảy ra, nhưng câu hỏi này là một trong số đó”.
Hố đen có hai phần. Phần đầu là chân trời sự kiện, mà bạn có thể tưởng tượng như một bề mặt, mặc dù nó chỉ đơn giản là nơi mà lực hấp dẫn trở nên quá mạnh đến nỗi mọi thứ không thể thoát ra được. Và phần thứ hai ở trung tâm, gọi là điểm kỳ dị, một điểm vô cùng nhỏ và vô cùng đậm đặc.
Chúng ta hiểu khá rõ về chân trời sự kiện trông như thế nào, nhờ vào các định luật của thuyết tương đối rộng. Nhưng khi tiến gần đến điểm kỳ dị, chúng ta mất khả năng dự đoán nó trông như thế nào.
Giáo sư Robert Wald của Đại học Chicago cho biết: “Ở rất gần điểm kỳ dị, người ta mong đợi các hiệu ứng lượng tử sẽ trở nên quan trọng. Tuy nhiên, chúng ta chưa có một lý thuyết lượng tử về lực hấp dẫn (hoặc, ít nhất, một lý thuyết có khả năng đưa ra những dự đoán như vậy một cách đáng tin cậy), vì vậy chúng ta không biết mô tả chính xác về điểm kỳ dị hay thậm chí liệu nó có thực sự là một điểm kỳ dị hay không”.
Các nhà khoa học cho rằng các hố đen cuối cùng sẽ nổ tung, nhưng thời gian để điều đó xảy ra lớn hơn rất nhiều lần so với tuổi của vũ trụ hiện tại. Vậy khi hố đen phát nổ, nó sẽ trông như thế nào? Đây cũng là một bí ẩn lớn khác.
Holz nói: “Có thể có một mẩu nhỏ còn sót lại chứa tất cả thông tin đã rơi vào hố đen, có thể có một cánh cổng dẫn đến một vũ trụ mới, hoặc có thể thông tin đã bị mất mãi mãi; chúng ta đơn giản là không biết”.
-
- Kính thiên văn chân trời sự kiện (EHT) - một mảng gồm 8 kính viễn vọng vô tuyến trên mặt đất được rèn qua sự hợp tác quốc tế - được thiết kế để ghi lại hình ảnh của một lỗ đen. Trong các cuộc họp báo phối hợp trên toàn cầu, các nhà nghiên cứu EHT tiết lộ rằng họ đã thành công, tiết lộ bằng chứng trực quan đầu tiên về lỗ đen siêu lớn ở trung tâm Messier 87 và bóng của nó. (Ảnh: Wikipedia)
Hố đen được hình thành như thế nào?
Các nhà khoa học đã biết về một cách mà hố đen được hình thành, nhưng có thể có những cách khác.
Theo hiểu biết của chúng ta hiện nay, một ngôi sao khổng lồ suy sụp vào cuối vòng đời của nó có thể tạo thành một hố đen. Giáo sư Subrahmanyan Chandrasekhar là người đầu tiên tính toán rằng khi một ngôi sao nặng đốt cháy hết nhiên liệu, nó sẽ suy sụp. Ban đầu, ý tưởng này bị chế giễu, nhưng các nhà khoa học khác cũng tính toán ra rằng khi ngôi sao rơi vào tâm của nó mãi mãi, thì nó sẽ tạo ra cái mà chúng ta gọi là hố đen.
Các hố đen có thể trở nên lớn hơn theo thời gian khi chúng “nuốt chửng” các đám bụi khí, các ngôi sao, hành tinh và thậm chí cả các hố đen khác!
Có một loại hố đen khác được gọi là hố đen siêu lớn. Chúng quá lớn để có thể được tạo ra bởi một ngôi sao suy sụp; do đó, cách chúng hình thành vẫn còn là một bí ẩn. Bởi vì các hố đen có thể ăn các hố đen khác, cho nên có thể có những hố đen siêu khổng lồ được tạo thành từ nhiều hố đen nhỏ hợp nhất với nhau. Giáo sư Holz nói: “Hoặc có lẽ những hố đen lớn này rất đói, và nuốt chửng quá nhiều thứ từ môi trường xung quanh để trở nên kích thước khổng lồ”. Nhưng chúng ta có thể thấy những hố đen siêu lớn này được hình thành từ rất sớm trong vũ trụ - tức là có thể khi đó các ngôi sao chưa đủ già đến độ suy sụp thành hố đen nhỏ. Vì vậy, có thể có một số cách khác để tạo ra hố đen mà chúng ta chưa biết.
-
- Lỗ đen siêu lớn là một “kẻ ăn tạp”. Đôi khi vật chất có thể bị bắn ra ở tốc độ cao dưới dạng các dòng tia—có thể tạo điều kiện cho các ngôi sao hình thành. (Ảnh: ESO/M. Kornmesser)
Liệu Trái đất có thể bị một hố đen nuốt chửng không?
Không! Ngay cả khi Mặt trời bị suy sụp thành hố đen, thì Trái đất của chúng ta vẫn còn ở quá xa để bị nó hút vào trong. Ngoài ra, bạn cũng cần nhớ rằng về cơ bản một thiên thể phải đi tới miệng hố đen thì mới bị nuốt chửng.
Ngoài ra, Trái đất có thể đã bị bốc hơi cùng với các hành tinh lân cận khác sau khi Mặt trời bắt đầu cháy hết trong một tỷ năm nữa hoặc lâu hơn.
Theo Uchicago
Văn Thiện lược dịch
Xem thêm:
