Tìm hiểu về hố đen vũ trụ

Hố đen, hay lỗ đen, là một vùng trong không gian có trường hấp dẫn lớn đến mức lực hấp dẫn của nó không để cho bất cứ một dạng vật chất nào, kể cả ánh sáng thoát ra khỏi mặt biên của nó (chân trời sự kiện), trừ khả năng thất thoát vật chất khỏi lỗ đen nhờ hiệu ứng đường hầm lượng tử. Vật chất muốn thoát khỏi lỗ đen phải có vận tốc thoát lớn hơn vận tốc ánh sáng trong chân không, mà điều đó không thể xảy ra trong khuôn khổ của lý thuyết tương đối, ở đó vận tốc ánh sáng trong chân không là vận tốc giới hạn lớn nhất có thể đạt được của mọi dạng vật chất.

Khái niệm lỗ "đen" trở thành thông dụng vì từ đó ánh sáng không lọt được ra ngoài, nhưng thực ra lí thuyết về hố đen không nói về một loại "hố" nào mà nghiên cứu về những vùng mà không có gì có thể lọt ra được. Hố đen không biểu hiện như những ngôi sao sáng bình thường, mà chúng chỉ được quan sát gián tiếp qua sự tương tác trường hấp dẫn của hố đen đối với không gian xung quanh.

Lý thuyết về hố đen là một trong những lý thuyết vật lí hiếm hoi, bao trùm mọi thang đo khoảng cách, từ kích thước cực nhỏ (thang Planck) đến các khoảng cách vũ trụ rất lớn, nhờ đó nó có thể kiểm chứng cùng lúc cả thuyết lượng tử lẫn thuyết tương đối. Sự tồn tại của hố đen được dự đoán bởi lý thuyết tương đối rộng. Theo mô hình thuyết tương đối rộng cổ điển, không một vật chất hay thông tin nào có thể thoát ra khỏi hố đen để tới tầm quan sát bên ngoài được. Tuy nhiên, các hiệu ứng của cơ học lượng tử, không có trong thuyết tương đối rộng cổ điển, có thể cho phép vật chất và năng lượng bức xạ ra khỏi hố đen. Một số lý thuyết cho rằng bản chất tự nhiên của bức xạ không phụ thuộc vào những thứ đã rơi vào trong hố đen trong quá khứ, nói cách khác hố đen xóa sạch mọi thông tin quá khứ, hiện tượng này được gọi là nghịch lý thông tin hố đen. Nghịch lý này dường bị các lý thuyết mới đây loại bỏ và cho rằng thông tin vẫn được bảo toàn trong hố đen.

Từ năm 1964, khi ngôi sao "tàng hình" Cygnus X-1 của một hệ sao đôi nằm cách Trái Đất 8.000 ly trong chòm sao Thiên Nga được coi là ứng cử viên đầu tiên, chứng minh cho sự tồn tại của hố đen, các hố đen khác không chỉ được phát hiện trong Ngân Hà mà còn ở nhiều thiên thể khác. Hố đen không chỉ là những "xác chết" của những sao có khối lượng lớn hơn 1,4 M, khi chúng bùng nổ thành các siêu tân tinh trong phạm vi các thiên hà, mà hiện nay nhiều ý kiến cho rằng, tất cả các thiên hà đều chứa một hố đen siêu lớn trong vùng nhân.

-------------------

Số phận của Trái Đất phụ thuộc vào Mặt Trời. Trong vũ trụ có hàng trăm tỷ thiên hà và trong mỗi thiên hà lại có hàng chục tỉ ngôi sao. Mặt Trời của chúng ta là một ngôi sao "thường thường bậc trung" của dải Ngân hà, cách trung tâm 36.000 năm ánh sáng (tốc độ của ánh sáng gần 300.000 km/giây).

Trang 51, sách Lang thang trên dải Ngân hà của nhà thiên văn học Việt kiều Pháp Nguyễn Quang Riệu, Nhà xuất bản (NXB) Văn hóa - Thông tin viết: "Hiện nay, Mặt Trời là một ngôi sao trạc tuổi trung niên, còn tồn tại được hơn 5 tỷ năm nữa. Sau đó, Mặt Trời sẽ nguội dần và đồng thời phồng lên để biến thành một ngôi "sao khổng lồ màu đỏ".

Việc nhóm nhà khoa học nào đó đưa ra dự báo Trái Đất "chỉ" còn sống 50 triệu năm nữa có thể là do họ dựa vào các yếu tố tính toán khác, chủ yếu là thiên tai (thiên thạch bắn phá...). Tuy nhiên, với sức mạnh của con người hiện tại, nếu có biến cố thiên thạch, có thể chống được.

Cũng từ sự chết của các sao mà có Lỗ Đen, loại thiên thể kỳ lạ nhất trong vũ trụ, đầu tiên được tạo ra trong trí óc của các nhà vật lý từ 2 thế kỷ trước. Stephan Howking, nhà vật lý lý thuyết xuất sắc nhất hiện nay (đang sống và làm việc ? Mỹ) là một trong những người diễn giải bao quát nhất, dễ hiểu nhất về loại thiên thể này. Lỗ Đen (không có định nghĩa) là thuật ngữ chỉ các thiên thể có sức hút (do trường hấp dẫn) cực lớn, không cho phép bất cứ thứ gì lọt ra ngoài, kể cả ánh sáng. Bên ngoài Lỗ Đen là chân trời sự kiện (sự cố), ranh giới mà bất cứ vật gì tính từ trung tâm lỗ đen cũng không thể lọt qua.

Mặt Trời "chết" biến thành sao lùn trắng. Ngôi sao nặng gấp năm lần Mặt Trời "chết" biến thành một thiên thể có lõi co lại đến mức electron (hạt điện tử) và proton (hạt trong hạt nhân) bị nén liền thành những hạt mới neutron và được gọi là sao neutron. Chỉ những ngôi sao nặng gấp tám - mười lần Mặt Trời khi "chết" mới có thể biến thành Lỗ Đen, tức loại thiên thể đạt kích thước tới hạn, ? đó, 1cm khối vật chất nặng bằng cả Trái Đất (Mặt Trời có đường kính 1 triệu km, nếu "chết", co lại còn đường kính 1km thì việc này được coi là Mặt Trời đã đạt kích thước tới hạn. Sự thực, kích thước "hài cốt" Mặt Trời là khoảng mười ngàn km, rất xa kích thước tới hạn).

Liên quan đến Lỗ Đen, trước đây, người ta cứ cho là nó chỉ tồn tại về mặt lý thuyết. Thực sự không ai có thể nhìn thấy Lỗ Đen vì ánh sáng từ nó không thoát ra được. Nhưng, người ta có thể chứng kiến sự tồn tại của nó một cách gián tiếp. Nếu Lỗ Đen thuộc hệ sao đôi thì nó hút khí quyển của sao đồng hành, khí bị hút cuốn thành hình một cái đĩa chung quanh Lỗ Đen. Đĩa này bị hun nóng đến hàng triệu độ và phát xạ tia X. Nơi nào trong vũ trụ phát xạ nhiều tia X thì nơi đó có nhiều khả năng tồn tại Lỗ Đen. Sao neutron cũng phát tia X nhưng chỉ nặng gấp 5 lần Mặt Trời. Do đó, nơi có nhiều tia X hơn cả trong vũ trụ sẽ là nơi có Lỗ Đen. Một nguồn tia X tên Cygnus X1 của hệ sao đôi trong chòm sao Thiên Nga được coi là một Lỗ Đen nặng ít nhất 8 lần Mặt Trời.

Có thể tham khảo các sách Lược sử thời gian (NXB Khoa học kỹ thuật) của S. Hawking (từng bán chạy nhất ? Mỹ); Vũ trụ: Phòng thí nghiệm thiên nhiên vĩ đại (NXB Giáo dục) và Lang thang trên dải Ngân hà của Nguyễn Quang Riệu...

---------------------

Các nhà khoa học Mỹ tuyên bố, họ đã phát hiện ra những bí ẩn từ lỗ đen dày đặc trên bề mặt vũ trụ chiếm lấy hết lộ trình của các vì sao, thậm chí cả ánh sáng.


Cần nói thêm rằng, lỗ đen là một trong những hiện tượng kỳ lạ nhất trong vũ trụ. Lý thuyết cho rằng chúng là những thiên thể giống điểm, có lực hấp dẫn mạnh tới mức tất cả vật chất tới quá gần đều bị hút vào trong. Các nhà khoa học cho rằng một số lỗ đen hình thành khi các ngôi sao đang lụi tàn. Tuy nhiên, ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy hầu hết, nếu không nói là mọi thiên hà đều chứa đựng các lỗ đen khác, lớn hơn nhiều ở trung tâm của chúng.

Hồi tháng 12/2006, các nhà khoa học thuộc Cơ quan Hàng không vũ trụ Mỹ (NASA) đã phát hiện một lỗ đen khổng lồ đã xé vụn rồi nuốt gọn một ngôi sao nằm ở dải thiên hà cách hành tinh của chúng ta khoảng 4 tỷ năm ánh sáng. Theo các số liệu công bố trên tờ Nature, các chuyên gia giải thích rằng những lỗ đen phát ra thành từng nhóm có vận tốc gần tương đương với vận tốc của ánh sáng.

Tại viện nghiên cứu Boston của Mỹ, các chuyên gia cho biết, nhóm các lỗ đen trên vũ trụ phát sinh và gia tăng nhanh chóng lượng điện từ bên ngoài vũ trụ. Đến nay, các nhà khoa học mới chỉ đưa ra giả thiết rằng những lỗ đen này phát ra một dạng plasma theo đường xoắn ốc.

Đại diện viện nghiên cứa Michigan cùng tham dự hội thảo giải thích, sự phân tán các chất trên lỗ đen diễn ra như một động cơ phản ứng.

Các chuyên gia viện Boston cho biết, họ đang tiến gần đến bí ẩn của các lỗ đen bằng sử dụng kính viễn vọng để quan sát dải ngân hà nói trên. Các nhà nghiên cứu đã thành công bước đầu khi tìm ra một khối lượng các lỗ đen tụ lại thành từng nhóm nhỏ trên dải Ngân hà.