Lỗ đen là một trong những thực thể bí ẩn và hấp dẫn nhất trong vũ trụ. Vô số nhà khoa học đã làm việc chăm chỉ để khám phá những bí ẩn của lỗ đen.
Tuy nhiên, chúng ta thấy gì khi bị cuốn vào vòng xoáy hấp dẫn của lỗ đen? Câu hỏi này vẫn là một bí ẩn vũ trụ học cho đến gần đây. Ở thời điểm hiện tại, cuối cùng chúng ta cũng có cơ hội xem qua bí ẩn của lỗ đen và khám phá thế giới bí mật ẩn sâu trong vũ trụ.
Thuyết tương đối rộng của Einstein tiết lộ rằng bản chất của lực hấp dẫn là độ cong của không-thời gian, và lỗ đen thực sự là một hiện tượng cực đoan của độ cong không-thời gian. (Ảnh: Zhihu)
Sự hình thành lỗ đen chủ yếu liên quan đến cái chết của các ngôi sao. Ở một giai đoạn nhất định trong quá trình tiến hóa của một ngôi sao, khi phản ứng tổng hợp hạt nhân dừng lại và ngôi sao hết nhiên liệu, lõi bên trong của nó sẽ không thể chống lại lực hấp dẫn của chính nó và sụp đổ. Quá trình này được gọi là "sự suy sụp lõi" của ngôi sao.
Sau khi lõi sụp đổ, kích thước của ngôi sao giảm mạnh và khối lượng tập trung vào một không gian rất nhỏ. Khi khối lượng lõi đạt đến một điểm tới hạn nhất định, lực hấp dẫn sẽ không thể bị chống lại bởi bất kỳ lực nào và ngôi sao sẽ hoàn toàn sụp đổ thành một thiên thể cực kỳ nhỏ gọn, tạo thành một lỗ đen mới.
Lực hấp dẫn mạnh do lỗ đen tạo ra khiến không-thời gian xung quanh bị uốn cong đến mức cực độ, tạo thành một ranh giới gọi là "chân trời sự kiện" mà từ đó bất kỳ vật chất và thông tin nào vượt qua ranh giới này đều không thể thoát ra ngoài. (Ảnh: Zhihu).
Các loại lỗ đen
Theo phương pháp hình thành và tính chất của lỗ đen, chúng ta có thể chia lỗ đen thành ba loại: lỗ đen khối lượng sao, lỗ đen khối lượng trung bình và lỗ đen siêu lớn.
- Lỗ đen khối lượng sao là những lỗ đen có khối lượng gấp khoảng 10 lần khối lượng Mặt Trời, được hình thành do sự sụp đổ của các ngôi sao. Loại lỗ đen này là phổ biến nhất và cho đến nay đã có nhiều lỗ đen loại này được phát hiện.
- Các lỗ đen có khối lượng trung bình nằm giữa các lỗ đen có khối lượng sao và các lỗ đen siêu lớn, có khối lượng gấp từ vài nghìn đến một triệu khối lượng Mặt Trời. Tuy nhiên, cho đến nay vẫn còn một số tranh cãi giữa các nhà khoa học về cách các lỗ đen như vậy được hình thành.
- Lỗ đen siêu lớn là những lỗ đen nặng nhất trong vũ trụ, với khối lượng gấp từ hàng triệu đến hàng tỷ lần khối lượng Mặt Trời. Các nhà khoa học tin rằng chúng có thể được hình thành thông qua một cơ chế đặc biệt nào đó, chẳng hạn như sự hợp nhất của các thiên hà hoặc sự sụp đổ của các vảy ở trung tâm các thiên hà.
Lỗ đen càng lớn thì lực hấp dẫn của nó càng mạnh. Bên trong chân trời sự kiện của lỗ đen, lực hấp dẫn mạnh đến mức ngay cả ánh sáng cũng không thể thoát ra được. Điều này làm cho lỗ đen trở thành bẫy hấp dẫn mạnh nhất trong vũ trụ, thu hút và nuốt chửng vật chất và thiên hà gần đó. Ảnh: Zhihu
Môi trường khắc nghiệt và những cảnh tượng đáng kinh ngạc khi rơi vào lỗ đen
Khi một vật thể rơi vào lỗ đen, nó sẽ trải qua một loạt môi trường khắc nghiệt và những khung cảnh đáng kinh ngạc. Đầu tiên, trường hấp dẫn sẽ tăng nhanh, tạo thành một gradient hấp dẫn rất lớn. Độ dốc hấp dẫn này lớn đến mức ngay cả vật chất mạnh nhất cũng sẽ bị xé thành các mảnh có kích thước nguyên tử. Cả đá, kim loại và cơ thể con người đều không thể nguyên vẹn dưới lực hấp dẫn của lỗ đen.
Khi một vật thể đi vào ranh giới của lỗ đen, hay còn gọi là “chân trời sự kiện”, mọi thứ trở nên kỳ lạ hơn. Do độ cong của trọng lực, ánh sáng bị bẻ cong, tạo ra hiệu ứng thị giác khác thường. Khi một vật thể đến gần lỗ đen, ánh sáng bị biến dạng thành những hình dạng kỳ lạ trông giống như những chùm ánh sáng ảo ảnh. Loại chùm tia này được gọi là "thấu kính hấp dẫn" và là biểu hiện thực sự của trường hấp dẫn mạnh mẽ của lỗ đen.
Trong chân trời sự kiện, thời gian cũng trở nên bị bóp méo một cách đáng kinh ngạc. Hiệu ứng của thuyết tương đối làm cho thời gian trôi qua chậm so với thế giới bên ngoài, điều đó có nghĩa là thời gian ở gần lỗ đen đối với thế giới bên ngoài dường như là cực kỳ dài. Đối với những vật thể rơi vào hố đen, thời gian có thể chỉ đi qua trong chốc lát, nhưng với thế giới bên ngoài, hàng năm hay hàng trăm năm có thể đã trôi qua.
Đĩa bồi tụ lỗ đen là một đĩa vật chất hình vòng bị hút vào lỗ đen bởi vật chất gần đó và tạo ra nhiệt độ và bức xạ cao do ma sát. Những nghiên cứu này cung cấp những manh mối quan trọng để chúng ta khám phá sự chuyển động của vật chất xung quanh lỗ đen và ước tính khối lượng của lỗ đen. (Ảnh: Zhihu).
Các vật thể đi sâu hơn vào lỗ đen sẽ phải đối mặt với những điều kiện khắc nghiệt hơn. Tâm của lỗ đen, còn được gọi là "điểm kỳ dị", là một nơi không thể giải thích được bằng hiểu biết vật lý của chúng ta. Đây là một nơi có mật độ và trọng lực vô hạn nhưng thể tích nhỏ vô cùng. Ở đây, các định luật vật lý cổ điển sẽ không còn đúng, và sự kết hợp giữa cơ học lượng tử và thuyết tương đối rộng trở thành lý thuyết duy nhất giải thích bản chất của lỗ đen.
Với những môi trường khắc nghiệt và khung cảnh đáng kinh ngạc này, vật chất rơi vào lỗ đen sẽ không còn tồn tại trong vũ trụ quen thuộc của chúng ta. Chúng có thể biến mất hoàn toàn hoặc biến thành một phần của lỗ đen. Chúng ta không có câu trả lời chắc chắn về số phận cuối cùng của vật chất trong lỗ đen, điều này càng làm tăng thêm sự bí ẩn về lỗ đen.
Mặc dù lỗ đen là một trong những nơi bí ẩn nhất trong vũ trụ nhưng sự hiểu biết của chúng ta về chúng vẫn còn hạn chế. Các nhà khoa học đang nỗ lực nghiên cứu bản chất và hành vi của các lỗ đen với hy vọng tiết lộ những bí mật mà chúng che giấu. Bằng cách quan sát bức xạ xung quanh lỗ đen và sử dụng các kỹ thuật mô phỏng tiên tiến, chúng ta có thể hiểu sâu hơn về môi trường khắc nghiệt và những cảnh tượng đáng kinh ngạc mà vật chất rơi vào lỗ đen phải đối mặt.
Thông qua việc quan sát các sự kiện sáp nhập lỗ đen, các nhà khoa học đã phát hiện ra hiện tượng sáp nhập lỗ đen thường xuyên xảy ra trong vũ trụ. Những sự kiện sáp nhập lỗ đen này là sản phẩm của các vụ nổ sóng hấp dẫn khổng lồ trong vũ trụ và các xung sóng hấp dẫn mà chúng tạo ra có thể được ghi lại bởi các máy dò sóng hấp dẫn trên Trái đất. Thông qua việc quan sát và phân tích các sự kiện sóng hấp dẫn này, các nhà khoa học có thể nghiên cứu sự hình thành và tiến hóa của lỗ đen cũng như cấu trúc của vũ trụ. (Ảnh: Zhihu).