Khám phá bí ẩn Hố Đen - Du hành thời gian qua hố đen được không?

Góc Tìm Hiểu - 08/05/2020

Theo nghiên cứu của một nhà vật lý học người Đức, hố đen là 1 con quái vật đúng nghĩa và nó sẽ nuốt chững mọi thứ, và nó mạnh đến nỗi không có vật chất nào chiếm khối lượng và không gian nhất định, hoặc các bức xạ và ánh sáng nào có thể thoát ra ngoài được. 

 

 

Hố đen - Con quái vật vũ trụ

Hố đen còn gọi là lỗ đen, là một vùng không  thời gian có một trường hấp dẫn, mạnh đến nỗi không có vật chất nào chiếm khối lượng và không gian nhất định, hoặc các bức xạ và ánh sáng nào có thể thoát ra ngoài được. Một hố đen thường có khối lượng rất lớn, gấp từ vài chục đến vài chục lần khối lượng của Mặt Trời. Đối với các Hố đen được hình thành từ sự sụp đổ của những ngôi sao lớn, lớn gấp hàng trăm lần, hàng triệu hay thậm chí là hàng tỉ lần khối lượng mặt trời thì nó được gọi là Siêu hố đen, nó thường được tìm thấy ở trung tâm của hầu hết những thiên hà có dạng hình elip hay xoắn ốc trong vũ trụ. 

Hố đen có cấu tạo 3 "lớp": Chân trời sự kiện bên ngoài - Chân trời sự kiện bên trong - Và vùng kỳ dị.

+ Chân trời sự kiện bên ngoài và bên trong của hố đen là ranh giới xung quanh miệng hố đen, nơi ánh sáng mất đi khả năng thoát ra. Một khi vật chất, bức xạ... bị hút vào chân trời sự kiện thì nó không thể nào thoát ra được. Trọng lực là không đổi trong chân trời sự kiện.

+ Vùng kỳ dị là nơi chứa toàn bộ khối lượng của hố đen, do đó đây là khu vực có mật độ vật chất lớn vô hạn. Khi 1 vật rơi qua chân trời hố đen vào vùng kì dị đều bị phá hủy hoàn toàn.

Được nhà vật lý lý thuyết người Đức Albert Einstein (1879-1955) nhắc đến lần đầu tiên trong Thuyết Tương đối (năm 1916), hố đen trong nghiên cứu của Einstein là một "con quái vật" đúng nghĩa, với khả năng nuốt chửng mọi loại vật chất, năng lượng, ngay cả ánh sáng cũng bị bẻ cong bởi hố đen.

Bí ẩn hố đen 

Vậy con quái vật này sinh ra từ đâu nhé?

Hố đen sinh ra từ cái chết của một ngôi sao. Cụ thể, khi một ngôi sao bước vào giai đoạn cuối của quá trình tiến hóa sao, nó sẽ phồng lên, mất dần khối lượng. Cuối cùng, một vụ nổ khổng lồ sẽ đánh dấu sự hủy diệt của ngôi sao này (gọi là siêu tân tinh). Tuy nhiên, mọi việc chưa kết thúc. Sau vụ nổ, vật chất bị văng ra ngoài để lại lõi sao. Nếu như một ngôi sao "còn sống", phản ứng tổng hợp hạt nhân sẽ tạo ra một lực đẩy nhằm cân bằng với lực hút từ khối lượng của ngôi sao. Nhưng khi ngôi sao "chết", không còn lực nào chống lại lực hút đó nữa nên lõi sao bắt đầu sụp đổ.

Nếu lõi sao khổng lồ sụp đổ thành một điểm nhỏ vô hạn thì một hố đen sẽ được sinh ra. Vì lõi sao khổng lồ có khối lượng lớn gấp nhiều lần Mặt Trời bị nén vào một điểm nhỏ như vậy khiến cho hố đen có một trường hấp dẫn khổng lồ. Di chuyển đến đâu, nó cũng có thể nuốt chửng vật chất trên đường đi, khiến nó ngày càng lớn và có sức hủy diệt mạnh mẽ.

Bạn hãy tưởng tượng, khi một lõi sao dày đặc, có khối lượng gấp nhiều lần Mặt Trời bị nén vào một phạm vi có kích thước chỉ bằng một thành phố thì tất yếu sinh ra một lực hấp dẫn "điên cuồng", cuốn theo các vật chất, năng lượng gần nó. Từ bụi, khí, năng lượng, bức xạ... hố đen cứ thế lớn dần thành "quái vật" thực sự.

Vào năm 1974, Stephen Hawking chứng minh rằng các hố đen có phát ra các bức xạ - tỷ lệ với hấp dẫn bề mặt của hố đen. Vật chất rơi vào hố đen hình thành lên vùng bồi tụ, ở đây vật chất va chạm và ma sát với nhau, trở thành trạng thái plasma phát ra bức xạ cường độ lớn; khiến môi trường bao quanh lỗ đen trở thành một trong những vật thể sáng nhất trong vũ trụ.. Nếu có một ngôi sao quay quanh lỗ đen, hình dáng và chu kỳ quỹ đạo của nó cho phép các nhà thiên văn tính ra được khối lượng của hố đen và khoảng cách đến nó.

Và Khi một vật rơi vào hố đen, bất kỳ thông tin nào về hình dạng, phân bố điện tích... của vật đó hoàn toàn biến mất đối với quan sát viên đứng ở ngoài xa hố đen. 

Bây giờ chúng ta thử đưa giả thuyết rằng  có nhà du hành vũ trụ mạo hiểm bắt đầu tiến gần thăm dò một hố đen siêu khối lượng bằng con tàu của mình. Lúc ở xa, người đó và con tàu ở trong trạng thái không trọng lượng vì lực hấp dẫn khá yếu, cơ thể anh ta cũng không cảm thấy có lực kéo nào. Đối với hố đen càng lớn, lực thủy triều gần chân trời sự kiện càng yếu hơn so với hố đen nhỏ hơn. Điều này cho phép con tàu có khả năng tiếp cận biên giới hố đen. 

Hố đen

Giả sử nhà du hành ngồi lái với chân anh ta hướng về hố đen. Càng gần biên giới, nhà du hành cảm thấy rõ rệt lực thủy triều tác động lên phía chân mạnh hơn so với phần đầu. Giả sử con tàu và nhà du hành chịu được sức ép và kéo; và băng qua chân trời sự kiện hố đen. Trong con tàu, nơi hệ tọa độ là cục bộ, anh ta sẽ không có cảm giác gì lúc con tàu băng qua mặt biên này (ngoại trừ lực thuỷ triều)

Trong lúc đi vào, nếu anh ta nhìn ngược ra phía ngoài vũ trụ, nhà du hành sẽ thấy các ngôi sao nằm lệch khỏi vị trí của chúng, càng vào sâu thì các ngôi sao càng sáng hơn và nằm gần nhau hơn. Điều này là do hố đen làm uốn cong không thời gian và làm bước sóng tia sáng phát ra từ các ngôi sao bị hút về hố đen dịch chuyển về phía tím nhiều hơn. Khi đã băng qua chân trời sự kiện, thì các bạn biết đó, anh ta cùng con tàu sẽ không tránh khỏi bị phá hủy bởi hiệu ứng thủy triều cực mạnh và hòa vào vùng kì dị của hố đen

Nếu như nhà du hành thay vì đi thẳng vào hố đen, anh ta lái con tàu quay quanh nó rất nhiều vòng thì hiệu ứng giãn thời gian do hấp dẫn làm cho thời gian trôi trong con tàu chậm hơn so với thời gian đo bởi đồng hồ bình thường ở Trái Đất. Sau khi quay đủ nhiều vòng, con tàu rời hố đen và trở về nơi xuất phát. Lúc này, thật khó tin, nhà du hành có độ tuổi trẻ hơn nhiều so với những người cùng trang lứa với anh ta, và coi như anh ta đã du hành đến tương lai của chính mình.

 

Trong vũ trụ, sự kiện một ngôi sao "chết đi" luôn xảy ra, dó đó, hố đen đều có cơ hội hình thành từ sự kiện này. Đó là lý do, các nhà thiên văn cho rằng, hố đen có mặt ở khắp mọi thiên hà, ẩn nấp rất nhiều trong vũ trụ bao la. Đối với các nhà khoa học, hố đen là vật thể vừa bí ẩn vừa đáng sợ nhưng lại ẩn chứa khát khao thông hiểu của loài người nhất trong vũ trụ và hiện tại họ gặt hái được những thông tin vô cùng quý giá của Hố đen: đó là 1 bức ảnh chụp được Hố Đen của các nhà khoa học

Bức ảnh chụp hố đen công bố ngày 10/4/2019 thuộc về hố đen nằm trong thiên hà khổng lồ Messier 87, cách chúng ta 53 triệu năm ánh sáng, nằm gần cụm thiên hà Xử Nữ. Siêu hố đen này có khối lượng gấp 6,5 tỷ lần khối lượng Mặt Trời, có kích cỡ gần bằng dải Ngân Hà của chúng ta, rộng 38 tỷ km (tương đương 1,5 ngày ánh sáng).

Đây là "cực phẩm" có được từ sự kết hợp của 8 kính thiên văn thuộc dự án Kính thiên văn Chân trời Sự kiện (Event Horizon Telescope) đặt tại Chile, Hawaii, Arizona, Mexico, Tây Ban Nha và cực Nam của Trái Đất. Bằng cách sử dụng kỹ thuật giao thoa với đường cơ sở rất dài, để tạo thành một mạng lưới kính thiên văn khổng lồ có đường kính tương đương đường kính Trái Đất. Nhìn vào bức ảnh, các nhà khoa học cho biết các dòng vật chất đang quay quanh siêu hố đen theo chiều kim đồng hồ và mất khoảng 2 ngày để các dòng vật chất này có thể hoàn thành 1 vòng xung quanh siêu hố đen.


Bức ảnh duy nhất chứng minh sự tồn tại của hố đen

Sau hơn 100 năm, các nhà khoa học mới có trong tay bằng chứng chứng minh sự tồn tại của hố đen - vật thể vũ trụ bí ẩn, khổng lồ mà Einstein từng nhắc đến trong Thuyết Tương đối. Tất nhiên, hành trình khám phá hố đen chưa thể dừng lại! Tính cho đến nay, các nhà thiên văn học xác định rằng trong trung tâm Ngân Hà của chúng ta có một siêu hố đen khổng lồ có tên là Sagittarius A, với khối lượng gấp khoảng 4 triệu lần mặt trời của chúng ta.

Tạp chí thiên văn Anh Astronomy Now hôm 14.9.2019 dẫn lời các nhà thiên văn học của Đại học California Los Angeles (UCLA-Mỹ) cảnh báo Sagittarius A gần đây bắt đầu “ngốn ngấu” một khối lượng đáng kể vật chất mà không rõ nguyên nhân. Để rút ra kết luận trên, đội ngũ chuyên gia tiến hành so sánh ít nhất 13.000 bức ảnh chụp Sagittarius A*, do Đài thiên văn Keck ở tiểu bang Hawaii (Mỹ) và Kính viễn vọng cực lớn của Đài quan sát Nam  u ở Chile thực hiện từ năm 2003.

Kết quả cho thấy trong những tháng gần đây, “con quái vật” ở trung tâm thiên hà của chúng ta đang tỏa sáng ở mức chưa từng có.

Thông thường, con người không thể quan sát được các hố đen vì ánh sáng vô phương thoát khỏi lực lực hút khổng lồ của chúng, mà thay vào đó chúng ta chỉ thấy ánh sáng phát ra từ các vật thể trong lúc đang bị hố đen nuốt chửng. Vì vậy, độ sáng gia tăng bất thường ở vị trí Sagittarius A* cho thấy vừa có một khối lượng vật chất đáng kể trở thành “nạn nhân” của nó. Điều may mắn là Sagittarius A* ở cách Trái đất khoảng 26 ngàn năm ánh sáng, và nhân loại không phải lo lắng về khả năng địa cầu sẽ trở thành mồi ngon của hố đen trong tương lai.

Bảo Trân

Góc Tìm Hiểu

Xem thêm: ho den black hole video