Từ khi thuyết tương đối rộng ra đời cho tới ngày nay, con người chưa bao giờ ngừng việc tưởng tượng và thăm dò sự tồn tại của lỗ đen. Nó làm tất cả các nhà khoa học si mê và điên cuồng, ai cũng muốn chứng mình lỗ đen thực sự tồn tại hay chỉ là một giả thiết trên giấy.

Hình chụp lỗ đen đầu tiên của con người

Lỗ đen không phải “Lỗ”

2 1

Lỗ đen không phải một cái lỗ như nhiều người lầm tưởng, dựa theo thuyết tương đối rộng của Einstein, lỗ đen là một loại thiên thể tồn tại trong không gian vũ trụ (Là một thiên thể như địa cầu và các tinh cầu khác).

Chỉ khác là thiên thể này có mật độ khối lượng cực kì cao và có lực hút cực mạnh, mạnh tới mức khi ánh sáng đi vào cũng bị hấp thu hoàn toàn, cho nên nó được gọi là “lỗ”.

Vậy lỗ đen hình thành thế nào?

Con người có sống có chết, vạn vật trong vũ trụ cũng đều sẽ già đi và tử vong, và những hằng tinh cũng thế.

Giả thiết vào một ngày nào đó ở tương lai, một hằng tinh có khối lượng hơn mấy chục thậm chí mấy trăm lần mặt trời, bị tiêu hao hết nhiên liệu do quá trình phản ứng nhiệt hạch, nội hạch bên trong nó sẽ bị co rút cực đại, tất cả mọi thứ đều nhanh chóng co rụt về một điểm, cuối cùng trở thành một điểm kì dị không – thời gian nhỏ như hạt đậu tương, cũng hình thành một dòng lốc xoáy cực mạnh, bẻ cong không – thời gian xung quanh, trở thành “lỗ đen”.

Điểm kỳ - dị không thời gian

Nói các khác: Khi một hằng tinh chết đi, nó sẽ co rút lại, tự biến mình thành lỗ đen, hấp thu tất cả vật chất và ánh sáng chung quanh khu vực nó tồn tại.

Tại sao hằng tinh lại chết và co rút cực độ như vậy?

Khi một hằng tinh từ từ già đi, sắp tới thời điểm diệt vong, phản ứng nhiệt hạch của nó đã tiêu hao hết nhiên liệu bên trong, như vậy năng lượng sinh ra ở trung tâm nó đã không còn nhiều nữa. Và khi nó chính thức bước vào trạng thái suy vong, nó đã không còn đủ sức để gánh lấy cái xác ngoài khổng lồ của mình.

Như thể khi chúng ta ở trong nước, giả thiết chỉ tồn tại hai loại lực là trọng lực và sức đẩy của nước, khi sức đẩy lớn hơn hoặc bằng trọng lực, chúng ta sẽ trôi nổi trên mặt nước, một khi sức đẩy giảm dần thậm chí biến mất, như vậy trọng lực sẽ kéo hết mọi vật xuống đáy nước, không có thứ gì thoát được.

Vì thế, khi xác ngoài của hằng tinh bị trọng lực đè ép, co rút vào trong, như vậy tất cả vật chất trên nó cũng sẽ bắt đầu co rút vào trung tâm, mãi tới khi hình thể của nó co về mức nhỏ nhất và có mật độ giữa các vật chất đạt mức tối đa.

Khi bán kính của thiên thể bị co rút tới mức nhất định, mật độ quá lớn sẽ sinh ra sức hút cực đại, khiến không – thời gian chung quanh uốn khúc, cho dù là ánh sáng cũng không thể thoát đi, bất kì thứ gì đi ngang qua nó cũng sẽ bị nó hút vào, đây chính là “lỗ đen”.

Chụp hình lỗ đen không dễ

Lỗ đen có sức hút lớn như vậy, cả ánh sáng, tia X và tia hồng ngoại đều bị nó hút vào, vậy các nhà khoa học đã chụp hình nó thế nào?

Nói đơn giản, muốn thông qua quan sát để nhìn thấy lỗ đen, thì cần một kính hiển vi có bán kính bằng với đường kính trái đất.. chuyện này là không thể xảy ra.

Nhưng trí tuệ con người đôi khi sẽ làm chúng ta cảm thấy đáng sợ, nếu một kính viễn vọng không làm được, vậy thì kết hợp nhiều cái lại thì sao? Vì thế kế hoạch Event Horizon Telescope được ra đời.

Khi liên kết hai kính viễn vọng lại với nhau, có thể tạo ra hiệu quả cực cao, mà kế hoạch trên là liên kết toàn bộ 8 kính viễn vọng lớn nhất thế giới lại để tiến hành quan sát, từ đó chúng ta mới có được tấm ảnh chụp lỗ đen đầu tiên này.

Lỗ đen có những loại nào?

Đặc điểm lớn nhất của lỗ đen chính là khối lượng và mật độ cực cao, chính vì thế các nhà khoa học đã dựa vào khối lượng lớn nhỏ, để chia lỗ đen trong vũ trụ làm ba loại:

Lỗ đen có khối lượng bằng một hằng tinh (Khối lượng gấp mấy chục - mấy trăm lần mặt trời)
Lỗ đen cỡ trung (Khối lượng gấp mấy trăm- mấy chục ngàn lần mặt trời )
Lỗ đen cỡ lớn (Gấp mấy trăm ngàn lần mặt trời)

Dựa theo những giả thuyết tồn tại để tính toán, trong mỗi trung tâm tinh hệ của vũ trụ, đều có một lỗ đen cực lớn, như vậy trung tâm hệ Ngân Hà chúng ta đang cư trú cũng có một lỗ đen cực lớn, ước chừng gấp hơn 400 tỷ lần mặt trời. Đồng thời các nhà thiên văn học cũng đoán trong cả hệ Ngân Hà tồn tại khoảng hơn trăm ngàn các lỗ đen hằng tinh.

Trái đất liệu có bị lỗ đen hút vào không?

Chuyện này không thể xảy ra, sức hút của lỗ đen tuy rằng rất lớn, nhưng nó chỉ ảnh hưởng được tới những vật thể chung quanh nó mà thôi. Theo như dự đoán của các nhà khoa học, trong hệ Ngân Hà và vũ trụ tồn tại vô số lỗ đen, chúng không thể hút Trái Đất vào là vì nó cách chúng ta rất rất xa.

Từ khi thuyết tương đối rộng của Einstein đưa ra giả thuyết về lỗ đen, cho tới khi tấm hình lỗ đen đầu tiên ra đời, chúng ta đã tốn hơn 100 năm. Rất nhiều nhà khoa học đã kính dâng cả đời mình cho nghiên cứu này, cả đời họ cũng không thể nhìn được tấm ảnh này. Như Hawking, chính ông là người triển khai dự án kính viễn vọng thế giới, nhưng giờ ông đã qua đời được hơn một năm.

Hạng mục này vẫn chưa dừng lại ở đây, các nhà khoa học sẽ vẫn tiếp tục dùng nó để nghiên cứu quan sát lỗ đen, để chúng ta có thể ngày càng nhìn rõ lỗ đen hơn.

Thậm chí trong tương lại vào một ngày nào đó, cả phạm vi xung quanh lỗ đen đang xảy ra chuyện gì, chúng ta cũng sẽ nhìn thấy được.