Halloween luôn mang đến một nỗi ám ảnh đầy thú vị cho nhiều người với hình tượng ma quỷ, yêu tinh và ma cà rồng nhưng trong vũ trụ này, thứ đáng sợ nhất phải kể đến chính là … lỗ đen.
Các lỗ đen vũ trụ, những khu vực trong không gian nơi mà lực hấp dẫn mạnh đến nỗi không gì có thể thoát ra bên ngoài, là chủ đề thời sự nóng hổi thời gian qua. Giải Nobel Vật lý 2020 được trao cho Roger Penrose vì công trình toán học của ông chứng minh được lỗ đen là hệ quả tất yếu của lý thuyết về hấp dẫn do Albert Einstein công bố. Andrea Ghez và Reinhard Genzel cũng đồng thời là chủ nhân của giải Nobel Vật lý 2020 với việc chỉ ra rằng có một lỗ đen khổng lồ nằm ở trung tâm thiên hà của chúng ta.
Lỗ đen đáng sợ đến như vậy là vì một số lý do. Nếu bị rơi vào một lỗ đen còn sót lại khi một ngôi sao chết đi, cơ thể bạn sẽ hoàn toàn bị xé thành từng mảnh. Cũng như vậy, các lỗ đen khổng lồ nằm ở trung tâm của tất cả các thiên hà đều chẳng khác gì một thánh ăn với cái "dạ dày không đáy". Lỗ đen là nơi mà tất cả các định luật vật lý đều trở nên vô dụng.
Trong vũ trụ, có những lỗ đen siêu khổng lồ ẩn nấp ở trung tâm của các thiên hà. Phần lớn thời gian chúng đều không hoạt động, nhưng khi "thức dậy" chúng sẽ ngấu nghiến lấy các ngôi sao và khí gas, các vùng nằm gần lỗ đen có thể chiếu sáng toàn bộ thiên hà chứa chúng. Những thiên hà nơi các hố đen hoạt động được gọi là các chuẩn tinh (Quasar). Với tất cả những kiến thức con người đã biết về lỗ đen trong vài thập kỷ qua, vẫn còn rất nhiều bí ẩn cần được giải đáp.
Trong vũ trụ, có những lỗ đen siêu khổng lồ ẩn nấp ở trung tâm của các thiên hà.
Lỗ đen và cái chết
Các lỗ đen được cho là hình thành khi một ngôi sao lớn chết đi. Sau khi nhiên liệu hạt nhân của ngôi sao cạn kiệt, lõi của nó sẽ sụp đổ với mật độ cực kỳ cao, đặc hơn một trăm lần hạt nhân nguyên tử. Nó đặc đến mức mà các proton, neutron và electron không còn là những hạt rời rạc nữa. Vì các lỗ đen rất tối tăm, nên chúng được tìm thấy nhờ vào việc quay quanh một ngôi sao bình thường. Các đặc tính của ngôi sao bình thường cho phép các nhà thiên văn suy ra các đặc tính nơi "người bạn đồng hành" đầy tăm tối của nó, một lỗ đen.
Lỗ đen đầu tiên được ghi nhận là Cygnus X-1, nguồn phát tia X sáng nhất trong chòm sao Cygnus. Kể từ đó đến nay, đã có khoảng 50 lỗ đen được phát hiện trong các hệ thống nơi mà một ngôi sao bình thường quay quanh hố đen. Chúng là những ví dụ gần nhất về khoảng 10 triệu lỗ đen được cho là nằm rải rác trong Dải Ngân hà.
Lỗ đen là mồ chôn của vật chất, không thứ gì có thể thoát ra khỏi đó, ngay cả ánh sáng. Số phận của người rơi vào hố đen sẽ cực kỳ đau đớn khi phải trải qua quá trình "spaghettification", một khái niệm được nhà vật lý thiên tài Stephen Hawking giới thiệu trong cuốn sách "A Brief History of Time" (Lược sử thời gian). Trong "spaghettification", lực hấp dẫn mạnh khủng khiếp của lỗ đen sẽ kéo dãn cơ thể chúng ta thành dạng sợi, chia tách xương, cơ bắp, gân và thậm chí là các phân tử.
"Một con thú đói" rình rập ở mọi thiên hà
Trong 30 năm qua, các quan sát có được nhờ vào kính viễn vọng không gian Hubble đã cho chúng ta biết rằng tất cả các thiên hà đều có lỗ đen ở trung tâm của nó. Thiên hà càng lớn thì lỗ đen của nó sẽ càng lớn.
Thiên nhiên rất biết cách tạo ra các lỗ đen đa dạng, với phạm vi khối lượng được trải đều, từ xác chết của các ngôi sao có khối lượng gấp vài lần Mặt trời đến những con "quái vật" đồ sộ hơn hàng chục nghìn tỷ lần. Có thể dễ mường tượng nó như việc so sánh một trái táo với đại kim tự tháp Giza vậy.
Mới năm ngoái, các nhà thiên văn học đã công bố bức ảnh đầu tiên trong lịch sử về một lỗ đen và chân trời sự kiện của nó, một con "quái vật" có khối lượng gấp 7 tỷ lần Mặt trời và nằm ở trung tâm của thiên hà elip M87.
Nó lớn hơn một nghìn lần so với lỗ đen tồn tại trong thiên hà của chúng ta. Những lỗ đen này hầu hết đều tối nhưng khi lực hấp dẫn của chúng kéo theo các ngôi sao và khí gas gần đó, chúng bùng phát dữ dội và đẩy ra một lượng bức xạ khổng lồ. Các siêu lỗ đen còn rất nguy hiểm ở hai khía cạnh. Nếu tiến đến quá gần, lực hấp dẫn khủng khiếp sẽ hút bạn vào bên trong. Còn nếu chúng đang ở giai đoạn hoạt động của chuẩn tinh, bạn sẽ bị xé nát bởi bức xạ năng lượng cao.
Lỗ đen là mồ chôn của vật chất, không thứ gì có thể thoát ra khỏi đó, ngay cả ánh sáng.
Chuẩn tinh sáng đến mức nào? Hãy tưởng tượng bạn đang bay lơ lửng trên thành phố Los Angeles nhộn nhịp vào ban đêm. Khoảng 100 triệu ánh sáng tổng gộp từ ô tô, nhà cửa và đường xá trong thành phố sẽ tương ứng với các ngôi sao trong một thiên hà. Trong phép so sánh tương tự này, lỗ đen trong trạng thái hoạt động của nó sẽ giống như một nguồn sáng có đường kính 1 inch ở trung tâm Los Angeles có thể chiếu sáng cả thành phố. Chuẩn tinh là những vật thể sáng nhất trong vũ trụ.
Các siêu lỗ đen kỳ lạ
Lỗ đen lớn nhất từng được khám phá cho đến nay có khối lượng nặng gấp 40 tỷ lần Mặt trời, hay gấp 20 lần hệ Mặt trời. Trong khi các hành tinh bên ngoài Hệ Mặt trời của chúng quay quanh quỹ đạo một lần trong 250 năm, thì vật thể nặng hơn rất nhiều này lại quay quanh quỹ đạo 3 tháng 1 lần. Rìa ngoài của nó di chuyển với vận tốc bằng một nửa ánh sáng. Cũng giống như tất cả hố đen khác, những hố khổng lồ này được che chắn khỏi sự quan sát từ bên ngoài bởi chân trời sự kiện. Tại tâm của chúng là một điểm kỳ dị, một điểm trong không gian nơi mà độ đậm đặc là vô hạn. Chúng ta không thể hiểu nỗi những thứ thuộc về bên trong của lỗ đen vì ở đó mọi định luật vật lý đều bị phá vỡ. Thời gian "đóng băng" ở chân trời sự kiện và luật hấp dẫn trở nên vô hạn tại điểm kỳ dị.
Tin tốt về các siêu hố đen đó là bạn có thể sống sót vào lúc đó nếu chẳng may rơi vào bên trong. Dù lực hấp dẫn ở đây mạnh hơn, nhưng lực kéo dãn lại yếu hơn so với một lỗ đen nhỏ và nó sẽ không giết chết bạn. Tin xấu đó là chân trời sự kiện đánh dấu cho sự tiến dần đến cái chết của bạn. Không thứ gì có thể thoát ra từ bên trong chân trời sự kiện, vì vậy bạn không thể trốn thoát và cũng không thể thông báo về sự hiện diện của mình.
Theo Stephen Hawking, các lỗ đen đang dần bốc hơi. Trong một tương lai xa hơn của vũ trụ, rất lâu sau khi toàn bộ các ngôi sao đã chết và các thiên hà bị thu hẹp tầm nhìn bởi sự giãn nở ngày càng nhanh, lỗ đen sẽ là vật thể cuối cùng còn tồn tại. Các siêu lỗ đen lớn nhất sẽ phải trải qua khoảng thời gian dài đến mức không tưởng mới tiến đến quá trình bay hơi, ước tính là 10 lũy thừa 100. Vì thế, những vật thể đáng sợ nhất trong vũ trụ gần như là bất diệt.