Hố đen - thiên thể đáng sợ nhất trong vũ trụ

Bình luận Quang Minh • 22:37, 21/11/20

Hố đen vũ trụ - khu vực trong không gian nơi có lực hấp dẫn mạnh đến mức không gì có thể thoát ra ngoài - đang là chủ đề nóng hổi trong thời sự những ngày này. 

Nhà vật lý thiên văn Roger Penrose đã nhận một giải Nobel Vật lý năm 2020 vì công trình toán học của ông cho thấy hố đen là hệ quả tất yếu của Thuyết tương đối rộng của Einstein. Bà Andrea Ghez và ông Reinhard Genzel chia sẻ giải Nobel còn lại vì đã chỉ ra rằng một hố đen khổng lồ nằm ở trung tâm thiên hà của chúng ta.

Hố đen đáng sợ vì ba lý do. Nếu bạn rơi vào một hố đen còn sót lại khi một ngôi sao chết, về cơ bản là bạn sẽ bị xé vụn. Ngoài ra, các hố đen khổng lồ được nhìn thấy ở trung tâm của tất cả các thiên hà đều có cảm giác ‘sẵn sàng nuốt chửng tất cả’. Và hố đen là nơi mà các định luật vật lý biến mất.

Hầu hết thời gian các hố đen siêu lớn ẩn náu ở trung tâm của các thiên hà không hoạt động, nhưng khi chúng hoạt động và ăn các ngôi sao và khí, khu vực quanh hố đen có thể sáng hơn hẳn toàn bộ thiên hà đấy. Các thiên hà nơi các hố đen đang hoạt động, dưới một góc nhìn đặc biệt được gọi là chuẩn tinh. Với tất cả những gì chúng ta đã biết về hố đen trong vài thập kỷ qua, vẫn còn rất nhiều bí ẩn vẫn chưa được giải đáp.

Cái chết... hố đen

Các hố đen được cho là sẽ hình thành khi một ngôi sao lớn chết đi. Sau khi nhiên liệu hạt nhân của ngôi sao cạn kiệt, lõi của nó sụp đổ đến trạng thái vật chất dày đặc nhất có thể tưởng tượng được, với mật độ vật chất lớn hơn một trăm lần so với hạt nhân nguyên tử. Mật độ đó dày đặc đến nỗi proton, neutron và electron không còn là những hạt rời rạc nữa. Vì các hố đen có màu tối, chúng được tìm thấy khi chúng quay quanh một ngôi sao bình thường. Các đặc tính của ngôi sao bình thường đó cho phép các nhà thiên văn suy ra các đặc tính của hố đen tương ứng.

Hố đen đầu tiên được xác nhận là Cygnus X-1, nguồn phát xạ tia X sáng nhất trong chòm sao Thiên Nga (Cygnus). Kể từ đó, khoảng 50 hố đen đã được phát hiện trong các hệ thống mà một ngôi sao bình thường quay quanh một hố đen. Chúng là những ví dụ gần nhất về khoảng 10 triệu người được cho là sẽ nằm rải rác trong Dải Ngân hà.

Có thể nổi hố đen là ngôi mộ của vật chất, vì không gì có thể thoát khỏi chúng, kể cả ánh sáng. Số phận của bất kỳ ai rơi vào hố đen sẽ là một trải nghiệm “kéo dãn” như sợi mì (spaghettification) rất đau đớn, một ý tưởng được Stephen Hawking phổ biến trong cuốn sách “Lược sử thời gian” của ông. Trong quá trình “kéo dãn”, trọng lực cực mạnh của hố đen sẽ kéo bạn ra xa, tách xương, cơ, gân và thậm chí cả các phân tử của bạn, kéo theo chiều dọc và nén ngang thành một vật thể mỏng dài như mì Ý spaghetti. Như nhà thơ Dante đã mô tả những từ trên cổng địa ngục trong bài thơ Divine Comedy của ông: Hãy từ bỏ hy vọng, tất cả những người bước vào đây.

Bức ảnh chụp một hố đen ở trung tâm của thiên hà M87. Hố đen được phác thảo bởi sự phát xạ từ khí nóng xoáy xung quanh nó dưới tác động của lực hấp dẫn mạnh gần chân trời sự kiện của nó.
Bức ảnh chụp một hố đen ở trung tâm của thiên hà M87. Hố đen được phác thảo bởi sự phát xạ từ khí nóng xoáy xung quanh nó dưới tác động của lực hấp dẫn mạnh gần chân trời sự kiện của nó. (Ảnh: National Science Foundation qua Getty Images)

Một con thú đói trong mọi thiên hà

Trong 30 năm qua, các quan sát bằng Kính viễn vọng Không gian Hubble đã chỉ ra rằng tất cả các thiên hà đều có hố đen tại tâm của chúng. Các thiên hà lớn hơn có hố đen lớn hơn.

Kích thước của các hố đen trải dài trên một phạm vi đáng kinh ngạc, từ xác chết của ngôi sao có khối lượng gấp vài lần Mặt trời đến những con quái vật to gấp hàng chục tỷ lần. Đó giống như sự khác biệt giữa quả táo và Đại kim tự tháp Giza.

Mới năm ngoái, các nhà thiên văn học đã công bố bức ảnh đầu tiên về một hố đen và đường chân trời sự kiện của nó, một ‘con quái vật’ có khối lượng 7 tỷ Mặt Trời ở trung tâm của thiên hà hình elip M87.

Nó lớn hơn một nghìn lần so với hố đen trong thiên hà của chúng ta, mà những người khám phá ra nó đã giành được giải Nobel năm nay. Những hố đen này hầu hết thời gian đều tối, nhưng khi lực hấp dẫn của chúng hút các ngôi sao và khí gần đó, chúng bùng phát và trở nên hoạt động dữ dội đồng thời phát ra một lượng lớn bức xạ.

Các hố đen khổng lồ nguy hiểm theo hai cách. Nếu bạn đến quá gần, lực hấp dẫn khổng lồ sẽ hút bạn vào và biến bạn thành sợi mì. Và nếu chúng đang ở giai đoạn chuẩn tinh hoạt động, bạn sẽ bị thổi bay bởi bức xạ năng lượng cao.

Chuẩn tinh sáng như thế nào? Hãy tưởng tượng bạn đang bay lượn trên một thành phố lớn như Los Angeles vào ban đêm. Khoảng 100 triệu ánh sáng từ ô tô, nhà cửa và đường phố trong thành phố tương ứng với các vì sao trong thiên hà. Tương tự như vậy, hố đen ở trạng thái hoạt động của nó giống như một nguồn sáng có đường kính 2,54cm (1 inch) ở trung tâm thành phố, nhưng sáng hơn cả thành phố hàng trăm hoặc hàng nghìn lần. Chuẩn tinh là những vật thể sáng nhất trong vũ trụ.

Các hố đen siêu lớn rất kỳ lạ

Hố đen lớn nhất được phát hiện cho đến nay nặng gấp 40 tỷ lần khối lượng Mặt trời, hay gấp 20 lần hệ Mặt trời. Trong khi các hành tinh phía ngoài trong hệ mặt trời của chúng ta quay quanh quỹ đạo một lần trong khoảng 250 năm, vật thể nặng hơn nhiều này quay ba tháng một lần. Rìa ngoài của nó di chuyển với tốc độ bằng một nửa tốc độ ánh sáng. Giống như tất cả các hố đen khác, những hố khổng lồ được che chắn khỏi tầm nhìn bởi chân trời sự kiện. Tại tâm của chúng là một điểm kỳ dị, một điểm trong không gian nơi mà mật độ là vô hạn. Chúng ta không thể hiểu bên trong hố đen vì các quy luật vật lý bị phá vỡ. Thời gian bị đóng băng ở chân trời sự kiện và lực hấp dẫn trở nên vô hạn ở điểm kỳ dị.

Hố đen là một vật thể có sức nén lớn đến mức không gì có thể thoát khỏi lực hấp dẫn của nó, kể cả ánh sáng. Sâu bên trong hố đen tồn tại một vật thể vô cùng nóng và đặc, gọi là điểm kỳ dị.
Hố đen là một vật thể có sức nén lớn đến mức không gì có thể thoát khỏi lực hấp dẫn của nó, kể cả ánh sáng. Sâu bên trong hố đen tồn tại một vật thể vô cùng nóng và đặc, gọi là điểm kỳ dị. (Ảnh: NASA/JPL-Caltech)

Tin tốt về các hố đen lớn là bạn có thể sống sót khi rơi vào một hố đen. Mặc dù lực hấp dẫn của chúng mạnh hơn, nhưng lực kéo giãn sẽ yếu hơn so với tác động của một hố đen nhỏ và nó sẽ không giết chết bạn. Tin xấu là đường chân trời sự kiện đánh dấu bờ vực thẳm. Không có gì có thể thoát ra từ bên trong chân trời sự kiện, vì vậy bạn không thể trốn thoát hoặc báo cáo về trải nghiệm của mình.

Theo Stephen Hawking, các hố đen đang dần tự sụp đổ theo thời gian. Trong tương lai xa của vũ trụ, rất lâu sau khi tất cả các ngôi sao đã chết và các thiên hà bị thu hẹp tầm nhìn bởi sự giãn nở ngày càng nhanh của vũ trụ, các hố đen sẽ là vật thể sống sót cuối cùng.

Các hố đen lớn nhất sẽ mất vô cùng nhiều thời gian để sụp đổ, ước tính vào khoảng ‘10 và 100 số 0’ năm sau đó. Những vật thể đáng sợ nhất trong vũ trụ gần như vĩnh cửu.

Quang Minh

Theo Astronomy



BÀI CHỌN LỌC