Lỗ đen vũ trụ là gì và nó lớn cỡ nào?

Lỗ đen hay hố đen (tiếng Anh: black hole) là một thực thể trong không gian có trọng lực mạnh đến mức ngay cả ánh sáng cũng không thể lọt ra ngoài. Trọng lực của lỗ đen rất mạnh bởi vì vật chất đã “bị ép” vào một không gian nhỏ. Điều này có thể xảy ra khi một ngôi sao sắp chết.

Thuyết tương đối rộng của Einstein cho thấy rằng, khi một ngôi sao lớn chết đi thì nó sẽ để lại một lõi nhỏ dày đặc vật chất với lực hấp dẫn cực mạnh.

Bởi vì ánh sáng không thể thoát ra nên con người không thể nhìn thấy các lỗ đen trong vũ trụ. Do đó, cái tên “lỗ đen” hay “hố đen” ra đời để thể hiện tính vô hình của chúng.

Ngày nay, kính viễn vọng không gian với các công cụ đặc biệt có thể giúp tìm ra hố đen bằng cách quan sát hoạt động bất thường của các ngôi sao khi ở gần nó.

Nhà vật lý thiên văn người Đức tên là Karl Schwarzschild đã đề xuất phiên bản hiện đại của hố đen vào năm 1915, sau khi đưa ra một giải pháp chính xác dựa theo thuyết tương đối của Einstein.

Schwarzschild nhận ra rằng, có thể khối lượng đã bị ép vào một điểm cực kỳ nhỏ. Điều này làm cho không gian và thời gian xung quanh lỗ đen bị uốn cong để không có gì – thậm chí là các photon ánh sáng không khối lượng có thể thoát khỏi độ cong của nó.

Ranh giới để một vật thể bị hút vào lỗ đen được gọi là “chân trời sự kiện”, và lõi dày đặc vật chất bên trong được gọi là “điểm kỳ dị”.

Nếu vật thể nào đi qua “chân trời sự kiện” và rơi vào trong hố đen, vật thể đó sẽ không còn thể tích mà chỉ còn khối lượng, cùng với trường hấp dẫn. Khi một vật thể tiếp xúc với “chân trời sự kiện” thì sớm muộn gì nó cũng được đưa đến vùng điểm kỳ dị có mật độ vật chất vô hạn và chấm dứt thời gian.

Lỗ đen lớn cỡ nào?

Lỗ đen có thể lớn hoặc nhỏ. Các nhà khoa học nghĩ rằng, kích thước của “lỗ đen siêu nhỏ” có thể chỉ bằng một nguyên tử, nhưng có khối lượng của một ngọn núi lớn. Khối lượng là lượng vật chất trong một vật thể.

Một loại lỗ đen khác được gọi là “lỗ đen sao” hay “lỗ đen khối lượng sao”. Khối lượng của nó có thể gấp 20 lần khối lượng của mặt trời. Và các nhà khoa học tin rằng, có thể có rất nhiều “lỗ đen sao” đang tồn tại trong thiên hà chứa trái đất của chúng ta. Thiên hà chứa trái đất có tên là Sông Ngân hay dải Ngân hà (tiếng Anh: Milky way).

Các hố đen lớn nhất được gọi là “lỗ đen siêu khối lượng”. Những hố đen này có khối lượng tương đương hàng tỷ mặt trời; những con quái vật vũ trụ này có khả năng ẩn náu tại trung tâm của hầu hết các thiên hà.

Các nhà khoa học đã tìm thấy bằng chứng rằng mọi thiên hà lớn đều chứa một “lỗ đen siêu khối lượng” nằm ở trung tâm. Lỗ đen siêu lớn ở trung tâm dải Ngân hà có tên là Sagittarius A, nó lớn hơn 4 triệu lần mặt trời của chúng ta.

Lỗ đen hình thành như thế nào?

Các nhà khoa học nghĩ rằng, “lỗ đen siêu nhỏ” hình thành khi vũ trụ bắt đầu.

Các “lỗ đen sao” được tạo ra khi trung tâm của một ngôi sao rất lớn rơi vào chính nó, hoặc sụp đổ. Khi điều này xảy ra sẽ tạo ra một siêu tân tinh.

Siêu tân tinh là một ngôi sao phát nổ, thổi một phần của nó vào không gian và để lại một lỗi vật chất dày đặc với trường hấp dẫn cực mạnh. Các nhà khoa học tin rằng, các “lỗ đen siêu khối lượng” được tạo ra cùng lúc với thiên hà mà chúng đang ở.

Trong lịch sử, các nhà thiên văn học từ lâu đã tin rằng không có “lỗ đen cỡ vừa” nào tồn tại. Tuy nhiên, bằng chứng gần đây từ Chandra, XMM-Newton và Hubble củng cố cho giả thuyết “lỗ đen cỡ vừa” thực sự tồn tại.

Một cơ chế tạo ra các hố đen siêu lớn liên quan đến phản ứng dây chuyền của các ngôi sao trong các cụm sao nhỏ dẫn đến sự tích tụ của các ngôi sao cực lớn, sau đó sụp đổ và tạo thành các “lỗ đen khối lượng vừa”. Các cụm sao sau đó chìm xuống trung tâm của thiên hà, nơi các “lỗ đen khối lượng vừa” hợp nhất tạo thành một “lỗ đen siêu khối lượng”.

Nếu lỗ đen là “vô hình”, làm thế nào để các nhà khoa học tìm thấy chúng?

Các nhà khoa học không thể quan sát trực tiếp các lỗ đen bằng kính viễn vọng phát hiện tia X, ánh sáng hoặc các dạng bức xạ điện từ khác.

Bởi vì trọng lực mạnh đến mức kéo tất cả ánh sáng vào giữa lỗ đen. Nhưng các nhà khoa học có thể quan sát ảnh hưởng của nó đến các ngôi sao và vùng khí xung quanh. Họ nghiên cứu các ngôi sao để tìm hiểu xem chúng có bay xung quanh hay quay quanh một hố đen hay không.

Khi một lỗ đen và một ngôi sao ở gần nhau, vùng ánh sáng năng lượng cao được tạo ra. Loại ánh sáng này không thể nhìn thấy bằng mắt người. Các nhà khoa học phải sử dụng các vệ tinh và kính viễn vọng trong không gian để nhìn thấy vùng ánh sáng này.

Ngày 10/04/2019, lần đầu tiên nhân loại nhìn thấy bức ảnh chụp của lỗ đen vũ trụ. Một lỗ đen siêu khối lượng có đường kính 40 tỷ km và có khối lượng gấp 6,5 tỷ lần mặt trời. Bức ảnh này được chụp bởi dự án Kính viễn vọng Event Horizon, và những gì họ phát hiện trong dự án này đều trùng khớp với thuyết tương đối rộng của Einstein.

Trái đất có nguy cơ bị lỗ đen phá hủy không?

Thật mừng là lỗ đen không đi xung quanh trong vũ trụ để ăn sao, mặt trăng hay các hành tinh khác. Do đó, trái đất sẽ không rơi vào hố đen vì không có hố đen nào đủ gần hệ mặt trời để phá hủy trái đất.

Ngay cả khi một lỗ đen có cùng khối lượng với mặt trời thay thế mặt trời, trái đất vẫn không rơi vào nó. Khi đó, lỗ đen sẽ có cùng trọng lực với mặt trời.

Trái đất và các hành tinh khác sẽ quay quanh hố đen giống như chúng đang quay quanh mặt trời bây giờ. Và theo các nhà khoa học, mặt trời sẽ không thể biến thành một lỗ đen. Bởi vì mặt trời không phải là một ngôi sao đủ lớn để có thể tạo ra một lỗ đen.

Hoa Sen Phật – Theo NASA