Lỗ đen là hiện tượng bí ẩn và bất thường nhất trong Vũ trụ. Trong sâu thẳm không gian của nó ẩn chứa nhiều bí mật mà nhân loại vẫn chưa thể hiểu được.
- “Lỗ đen” là gì?
- Tại sao “lỗ đen” lại có cái tên như vậy?
- Lỗ đen có cấu hình như thế nào?
- Cấu trúc cấu tạo của lỗ đen là gì?
- Có những loại lỗ đen nào?
- Có bao nhiêu lỗ đen trong Thiên hà?
- Hố đen lớn nhất là gì?
- Người ta nghiên cứu lỗ đen nhằm mục đích gì và có bao nhiêu lỗ đen đã được phát hiện?
- Điều gì có thể xảy ra khi bạn rơi vào hố đen?
- Lỗ đen có va chạm với nhau không?
- Vũ trụ có nguy cơ bị hủy diệt khi hố đen thức tỉnh?
Các tính chất vật lý của những vật thể không gian này được coi là khó hiểu và kỳ lạ. Từ góc độ khoa học, chúng luôn khơi dậy sự quan tâm lớn của các nhà thiên văn học và vật lý học trên khắp thế giới.
Nhờ những công nghệ mới nhất, ngày nay người ta không chỉ có thể phát triển nhiều lý thuyết khoa học đề xuất cấu trúc của lỗ đen mà còn có thể áp dụng thành công chúng vào thực tế.
Các nhà vật lý thiên văn gần đây đã có thể thu được hình ảnh đầu tiên về sự hình thành không-thời gian độc đáo này.
“Lỗ đen” là gì?
Mặc dù có cái tên bí ẩn như vậy nhưng lỗ đen xét về đặc điểm và thành phần cấu trúc của chúng lại nằm trong số những vật thể vũ trụ đơn giản nhất trong Vũ trụ. Chúng chỉ có hai thông số cơ bản – khối lượng riêng và tốc độ quay.
Trong khoa học vật lý thiên văn có giả thuyết cho rằng hiện tượng này là quá trình cuối cùng trong quá trình biến đổi tiến hóa của một ngôi sao. Ở giai đoạn sống cuối cùng của thiên thể, một vụ nổ xảy ra, kết quả là một lỗ đen xuất hiện ở phần trung tâm của nó. Các nhà vật lý thiên văn gọi sự hình thành vũ trụ mới thu được theo cách này là “chân trời sự kiện”.
Điều đáng biết là đối tượng này không có vỏ vật lý. Chỉ một phần không gian, nằm cách vùng trung tâm một khoảng nhất định, trong đó không chịu ảnh hưởng của lực hấp dẫn, đóng vai trò như vậy.
Khi bất kỳ vật thể hoặc ánh sáng vũ trụ nào đi vào chân trời sự kiện, chúng sẽ không bao giờ có thể thoát khỏi lỗ đen do ảnh hưởng của trường hấp dẫn mạnh lên chúng.
Tại sao “lỗ đen” lại có cái tên như vậy?
Hiện tượng không-thời gian này được gọi như vậy vì nó có khả năng hấp thụ hoàn toàn sóng ánh sáng. Vì vậy, nó không thể được nhìn thấy ở mức độ trực quan.
Một lỗ đen chỉ có thể được nhìn thấy trong một điều kiện, khi gần chân trời sự kiện có một lớp vỏ bằng chất đặc biệt, ví dụ như khí.
Vật thể này vẫn có thể được nhìn thấy rõ ràng vì nó hấp thụ vật chất và năng lượng từ một ngôi sao gần đó.
Không có phương pháp nào khác để phát hiện lỗ đen vì không thể nhìn thấy nó bằng bất kỳ dụng cụ nào.
Tuy nhiên, bất chấp khả năng lỗ đen hấp thụ hoàn toàn năng lượng ánh sáng mà không phản xạ nó theo bất kỳ cách nào, các nhà khoa học cho rằng những vật thể không gian này vẫn có đặc tính phát ra ánh sáng.
Trong thời gian tồn tại, chúng có khả năng gửi một số hạt thuộc loại đơn giản nhất vào không gian vũ trụ. Hầu hết chúng là sóng điện từ quang tử.
Ở khía cạnh vật lý, hiện tượng này có thể được coi là sự bay hơi dần dần. Tuy nhiên, sự tồn tại của nó chỉ được coi là một giả thuyết chưa được xác nhận về mặt lý thuyết, mà trong giới khoa học gọi là “Bức xạ Hawking“.
Các lỗ đen chỉ có thể được phát hiện khi chúng tiếp xúc với nhau, vì quá trình này đi kèm với sự phát ra các sóng hấp dẫn ánh sáng nhìn thấy được.
Sự hình thành của những hiện tượng vũ trụ này chủ yếu phụ thuộc vào khối lượng riêng của chúng. Trên cơ sở này, các lỗ đen được chia thành nhiều nhóm: lớn – khối lượng của chúng lớn hơn hệ mặt trời hàng triệu lần và vòng tròn – với trọng lượng lớn hơn khối lượng Mặt trời một chút.
Kích thước không gian của lỗ đen tỷ lệ thuận với giá trị khối lượng riêng của nó. Chỉ số trọng lượng của đối tượng này càng cao thì tham số độ rộng chân trời sự kiện càng lớn.
Dựa trên các nghiên cứu thực nghiệm, các nhà vật lý thiên văn đã chứng minh giả thuyết lý thuyết rằng các lỗ đen thuộc loại xoay quanh hệ mặt trời khá cũ và có lẽ được hình thành ở giai đoạn nguồn gốc của Vũ trụ.
Rất có thể chúng hình thành do quá trình nén của các ngôi sao có thông số lớn hơn kích thước của hệ mặt trời khoảng 50 lần. Ngay khi giai đoạn thu nhỏ sao hoàn tất, nó phát nổ, tạo thành một lỗ đen ở vùng trung tâm.
Các lỗ đen thuộc loại khổng lồ thường được tạo ra bởi những đám mây khí khổng lồ. Chúng có khối lượng khá đủ để tạo thành những lỗ đen khổng lồ và có trọng lượng lớn, vượt quá khối lượng của hệ mặt trời hàng triệu lần.
Vật chất chủ yếu hình thành nên lỗ đen này là một đám mây khí bị nén đến kích thước tối thiểu. Ngoài ra còn có giả thuyết cho rằng hiện tượng thiên thể này trong Dải Ngân hà được hình thành do vụ nổ của một ngôi sao có kích thước khổng lồ.
Nhân Mã Một lỗ đen và Dải Ngân hà liên tục thu hút nhiều vật thể hoặc vật chất khác nhau từ Không gian khi chúng đi qua ranh giới của chân trời sự kiện. Do đó, kích thước của lỗ đen dần trở nên lớn hơn.
Lỗ đen có cấu hình như thế nào?
Mọi lỗ đen tồn tại ngoài vũ trụ đều có thể quay quanh trục của nó. Đồng thời, hình dáng, diện mạo của những vật thể này phần lớn phụ thuộc vào tốc độ giới hạn.
Nếu lỗ đen quay chậm thì nó sẽ có dạng hình cầu. Nếu nó quay với tốc độ cao nhất có thể thì trong trường hợp này cực của nó sẽ dẹt ra và nó có hình bầu dục. Ngày nay không có công nghệ nào có thể xác định được cấu hình chính xác của những vật thể không gian này.
Các nhà vật lý thiên văn trên khắp thế giới đang thực hiện nhiều nỗ lực nhằm xác định những gì nằm bên trong không gian của các lỗ đen. Nhưng cho đến nay vẫn chưa có ai có thể phát hiện ra điều này.
Người ta biết rõ rằng các định luật vật lý không thể vận hành ở phần trung tâm của lỗ đen. Thực tế độ cong của không gian bên ngoài có xu hướng đến vô cực cũng đã được chứng minh.
Hiện tại, giả thuyết hợp lý nhất là vị trí của một điểm kỳ dị ở giữa lỗ đen.
Cấu trúc cấu tạo của lỗ đen là gì?
Chân trời sự kiện là một ranh giới đặc biệt, khi vượt qua bất kỳ vật thể nào sẽ nằm trong trường hấp dẫn.
Điểm kỳ dị là sự lấp đầy đặc biệt bên trong của một lỗ đen. Các nhà khoa học vẫn chưa thể xác định nó bao gồm những gì. Điều duy nhất được phát hiện là sự hiện diện của sự biến dạng không gian và thời gian bên trong nó, cũng như sự vắng mặt của sự vận hành của các định luật vật lý.
Khi một lỗ đen quay, một tầng công thái học hình thành ở vùng gần chân trời sự kiện. Các vật thể không gian bên trong chuyển động cùng hướng với nó.
Trong trường hợp này, một lực hấp dẫn không đáng kể được quan sát thấy. Nhưng khả năng đưa những vấn đề này vào vùng kỳ dị là chưa đủ. Vì lý do này, các vật thể xung quanh tự do rời khỏi không gian của ergosphere.
Trọng lượng của lỗ đen càng cao thì mật độ của nó càng thấp. Yếu tố này được giải thích là do khi trọng lượng của vật này tăng lên thì thể tích không gian của nó cũng tăng tương ứng.
Có những loại lỗ đen nào?
Trong quá trình khám phá không gian, các phi hành gia đã có thể xác định được một số loại lỗ đen. Mỗi người trong số họ có những đặc điểm và tính chất riêng.
Lỗ đen có khối lượng sao
Loại lỗ đen này được hình thành do quá trình đốt cháy năng lượng nhiên liệu trong các ngôi sao. Nếu các quá trình nhiệt hạch dừng lại bên trong các thiên thể này, chúng sẽ nguội đi và co lại do lực hấp dẫn cực mạnh.
Khi quá trình này dừng lại ở bất kỳ giai đoạn nào, các lỗ đen sẽ biến thành sao neutron. Với những hành động liên tục như vậy, các ngôi sao sẽ bị biến thành lỗ đen thông qua lực hấp dẫn.
Lỗ đen siêu lớn
Những lỗ đen này được phân biệt bởi khối lượng khổng lồ và kích thước quy mô lớn. Hơn nữa, các tham số của chúng trước đây được cho là nhỏ hơn nhiều.
Ví dụ, theo phiên bản đầu tiên, khối lượng của lỗ đen M87, nằm ở phần trung tâm thiên hà, bằng 3 tỷ khối lượng hệ mặt trời. Tuy nhiên, khi kiểm tra kỹ hơn, người ta phát hiện ra rằng con số này cao hơn nhiều.
Để có thể quay các thiên thể trong không gian rộng lớn, một lỗ đen phải có khối lượng riêng bằng 6,5 tỷ khối lượng hệ mặt trời.
Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng các lỗ đen khổng lồ chủ yếu nằm ở khu vực trung tâm của Thiên hà và đóng vai trò là lõi của nó.
Lỗ đen nguyên thủy
Sự hiện diện của những vật thể vũ trụ này trong không gian của Vũ trụ ngày nay là một thực tế chưa được chứng minh. Có một phiên bản cho rằng những loại lỗ đen như vậy được hình thành ở giai đoạn ra đời của Thiên hà trong vật chất siêu đặc của trường hấp dẫn, với độ rung mạnh của chúng và do vi phạm tính đồng nhất.
Nếu chúng ta giả sử sự tồn tại thực sự của các lỗ đen nguyên thủy thì rất có thể chúng có trọng lượng không đáng kể, nhỏ hơn khối lượng của Mặt trời.
Lỗ đen lượng tử
Những vật thể không gian này chỉ có thể được hình thành nhờ phản ứng hạt nhân, kèm theo đó là sự giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ, xấp xỉ hơn 10^26 eV. Nhưng ngày nay nhân loại vẫn chưa vượt qua được con số này. Vì lý do này, lỗ đen lượng tử chỉ tồn tại trong phiên bản lý thuyết của các nhà khoa học.
Có giả thuyết cho rằng những hiện tượng này có thể được hình thành trong quá trình va chạm của các nguyên tố proton, do đó một lượng lớn năng lượng sẽ được giải phóng và một cực đại sẽ được hình thành, bao gồm các hạt thuộc loại đơn giản nhất.
Khi trong quá trình này, người ta quan sát thấy mức độ giải phóng pEe cao, do đó, một vật thể gọi là “lỗ đen” sẽ được hình thành với bán kính xấp xỉ 10^-35 m và trọng lượng 10^-5 g. loại hạt cơ bản có khối lượng lớn nhất.
Có bao nhiêu lỗ đen trong Thiên hà?
Quá trình phát hiện lỗ đen rất phức tạp. Nó liên quan đến việc quan sát lâu dài Thiên hà và Không gian để thu thập càng nhiều thông tin và dữ liệu càng tốt.
Ngoài ra, một số lượng đáng kể các lỗ đen vẫn không bị phát hiện cho đến khi chúng bắt đầu hấp thụ vật chất nằm trong không gian xung quanh.
Trong khu vực Dải Ngân hà, có thể ghi lại sự hiện diện của khoảng 10 vật thể này. Họ liên tục bị theo dõi. Nhưng trong không gian rộng lớn của thiên hà này có thể có một số lượng lớn các lỗ đen với kích thước hoàn toàn khác nhau – từ nhỏ đến siêu lớn.
Có khoảng 400 triệu ngôi sao bên trong Dải Ngân hà, có khối lượng lớn có thể biến thành lỗ đen.
Năm 2005, các phi hành gia phát hiện ra một vật thể không đồng nhất đang chuyển động chậm rãi xung quanh phần trung tâm của Thiên hà. Dữ liệu thu được từ những nghiên cứu như vậy cho thấy sự hiện diện của ít nhất 20.000 lỗ đen trong vùng này của Dải Ngân hà.
Mới đây, các nhà khoa học Nhật Bản phát hiện một vật thể không gian kỳ lạ nằm gần lỗ đen “Nhân Mã A”, có trọng lượng riêng gấp 100.000 lần khối lượng Mặt Trời và đường kính bằng 0,3 chu kỳ năm ánh sáng. Thiên thể này cũng có thể là một lỗ đen.
Hố đen lớn nhất là gì?
Thiên thể này nằm cách Mặt trời 12 tỷ năm ánh sáng. Khối lượng của nó bằng 40 tỷ khối lượng mặt trời và đường kính của nó khoảng 0,025 năm ánh sáng. Tuổi của lỗ đen này là khoảng 12 tỷ năm, nghĩa là nó hình thành 1,5 tỷ năm sau khi Thiên hà hình thành.
Sau khi nghiên cứu chi tiết về vật thể này, các nhà khoa học kết luận rằng nguồn tài nguyên tiềm năng của nó là khá đủ cho đến khi thời đại lỗ đen hoàn toàn biến mất. Ngoài ra, đây có thể là hiện tượng cuối cùng như vậy ở ngoài không gian.
Trong trường hợp này, một trong những giai đoạn phát triển của Thiên hà được giả định, trong đó có thể xảy ra kịch bản tuyệt chủng của hầu hết các ngôi sao trong Vũ trụ và sự biến đổi nhiều ngôi sao trong số chúng thành lỗ đen.
Người ta nghiên cứu lỗ đen nhằm mục đích gì và có bao nhiêu lỗ đen đã được phát hiện?
Các nhà thiên văn học trên khắp thế giới nghiên cứu hố đen để xác định nhiều đặc điểm quan trọng của Vũ trụ. Những thiên thể như vậy thường đóng vai trò là hạt nhân thiên hà. Ngoài ra, những đối tượng này còn được sử dụng để xoay chúng.
Khi các lỗ đen va chạm với nhau sẽ tạo ra một số sóng hấp dẫn nhất định.
Không gian bên trong của những vật thể này cũng rất được các nhà khoa học quan tâm, vì chúng không hoàn toàn tuân theo các định luật vật lý được chấp nhận rộng rãi. Nghiên cứu về lỗ đen giúp xác định các đặc điểm cơ bản của cấu trúc không gian bên ngoài.
Hiện nay, các nhà khoa học đã có thể phát hiện và nghiên cứu chi tiết tới 20 thiên thể có đặc tính tương tự.
Tuy nhiên, dữ liệu thu được không hoàn toàn đủ để cung cấp làm bằng chứng chứng minh cho việc phân loại chúng là lỗ đen.
Điều gì có thể xảy ra khi bạn rơi vào hố đen?
Khi một người được cho là thấy mình ở trong một lỗ đen, anh ta, giống như bất kỳ vật thể nào, sẽ chịu tác động của một trường hấp dẫn cực mạnh.
Trong không gian như vậy, các vật thể bắt đầu dẹt và giãn ra cho đến khi chúng bị chia cắt thành các nguyên tử và hợp nhất thành một điểm kỳ dị.
Trong nhiều cuốn sách và phim khoa học viễn tưởng, lỗ đen được sử dụng như những cánh cổng thời gian đặc biệt. Nhưng trên thực tế, thông qua chúng không thể đi vào một chiều không gian hoặc vùng không gian khác.
Lỗ đen có va chạm với nhau không?
Nếu hai ngôi sao nằm cách nhau một khoảng nhỏ biến thành lỗ đen, thì trong trường hợp này chúng thực sự có thể va chạm khi đến gần.
Hiện tượng này cũng có thể xảy ra do sự hợp nhất của các thiên hà. Trong quá trình này, cả hai lỗ đen, bao gồm một số lượng lớn các ngôi sao, có khả năng cao sẽ ở gần nhau và sau đó va chạm.
Tuy nhiên, yếu tố này được quan sát không thường xuyên – khoảng hai tỷ năm một lần.
Khi các lỗ đen va chạm nhau, một giai đoạn hợp nhất dần dần của chúng xảy ra, kéo dài khoảng 20 năm, trong thời gian đó các lỗ đen biến thành một. Sự pha trộn và các điểm kỳ dị cũng xảy ra bên trong chúng.
Về nguyên tắc, thông qua sự va chạm của các thiên thể này trong không gian, một lỗ đen có kích thước khổng lồ sẽ được hình thành.
Vũ trụ có nguy cơ bị hủy diệt khi hố đen thức tỉnh?
Đặc điểm chính của lỗ đen là không có bất kỳ biểu hiện nào. Người ta biết rằng những vật thể như vậy chỉ có thể được chú ý bằng dấu hiệu cho thấy chúng hấp thụ các chất vũ trụ, khi chúng biến mất ở độ sâu, chúng bắt đầu phát ra sóng ánh sáng mạnh. Nhờ ánh sáng này, có thể phát hiện các lỗ đen ở giai đoạn chúng hấp thụ các vật chất thiên thể khác nhau.
Các lỗ đen “đang ngủ” chỉ được phát hiện bằng cách tìm thấy các ngôi sao đồng hành ở gần chúng. Phương pháp cổ điển để phát hiện những vật thể vô hình như vậy đã được sử dụng trong nhiều thập kỷ.
Mới đây, các nhà thiên văn học sử dụng kính viễn vọng không gian Gaia đã phát hiện ra hai lỗ đen gần hệ mặt trời. Một trong số chúng nằm cách Mặt trời 3800 năm ánh sáng và cái còn lại cách Mặt trời 1560 năm ánh sáng.
Kính viễn vọng có thể ghi lại sự lắc lư nhất định của chúng, xảy ra do các lỗ đen kín đáo ở gần đó.
Cả hai lỗ đen được phát hiện đều khá lớn, lớn hơn hệ mặt trời khoảng 10 lần. Chúng ở rất gần Trái đất. Đây là những vật thể không gian cực kỳ lớn. Nhiều người thắc mắc: chúng có gây nguy hiểm cho Vũ trụ không?
Các chuyên gia trả lời câu hỏi này trong lời khẳng định. Đặc điểm chính của lỗ đen là khả năng hút vào mình mọi vật thể không thể cưỡng lại lực hấp dẫn của nó. Bất kỳ vật chất nào rơi vào lỗ đen đều biến mất trong không gian của nó mãi mãi.
Do đó, chúng ta có thể kết luận rằng các lỗ đen tất nhiên là nguy hiểm đối với Vũ trụ, bất kể kích thước của chúng – khổng lồ hay nhỏ.
