Lỗ đen là gì?

Lỗ đen là gì?

Lỗ đen (hố đen) là một vùng trong không gian nơi mà lực hấp dẫn mạnh đến nỗi mà ánh sáng cũng không thể thoát ra khỏi nó. Lực hấp dẫn mạnh xảy ra bởi lượng vật chất rất lớn đã bị nén lại vào một vùng không gian rất nhỏ. Sự nén này có thể xảy ra vào cuối đời của một ngôi sao. Một số hố đen là kết quả của các ngôi sao đã chết.

Lỗ đen Cygnus-X1 kéo vật chất của ngôi sao màu xanh bên cạnh. Ảnh: NASA

Vì không có ánh sáng nào có thể thoát khỏi lỗ đen, nên các lỗ đen là vô hình. Tuy nhiên, kính viễn vọng không gian với dụng cụ đặc biệt có thể giúp tìm thấy lỗ đen. Chúng có thể quan sát hành vi của vật chất và các ngôi sao rất gần với các lỗ đen.

Các lỗ đen lớn như thế nào?

Các lỗ đen có thể có nhiều kích cỡ, nhưng có ba loại hố đen chính. Khối lượng và kích thước của hố đen xác định loại nó là gì.

Những cái nhỏ nhất được biết đến như những hố đen nguyên thủy. Các nhà khoa học tin rằng loại hố đen này nhỏ bằng một nguyên tử đơn lẻ nhưng với khối lượng của một ngọn núi lớn.

Loại hố đen cỡ trung phổ phổ biến nhất được gọi là "hố đen sao". Khối lượng của một hố đen sao có thể lớn hơn khối lượng của mặt trời lên đến 20 lần và có thể nằm gọn trong lòng một quả bóng có đường kính khoảng 10 dặm (16,9 km). Hàng chục hố đen sao có thể tồn tại bên trong thiên hà Milky Way của chúng ta.

Minh hoạ về dải Ngân Hà. Các nhà khoa học cho rằng có một lỗ đen khổng lồ nằm ở giữa của dải Ngân Hà. Ảnh: NASA.

Các lỗ đen lớn nhất được gọi là "lỗ đen siêu lớn". Những lỗ đen này có khối lượng lớn hơn 1 triệu lần Mặt Trời kết hợp lại và kích vỡ vừa với một quả bóng có đường kính khoảng kích thước của hệ mặt trời. Bằng chứng khoa học cho thấy rằng mỗi thiên hà lớn chứa một lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của nó. Lỗ đen siêu nặng ở trung tâm thiên hà Milky Way được gọi là Sagittarius A. Nó có khối lượng bằng khoảng 4 triệu lần Mặt Trời và vừa bằng với một quả bóng có đường kính khoảng kích thước của mặt trời.

Lỗ đen được hình thành như thế nào?

Các lỗ đen nguyên thủy được cho là đã hình thành trong vũ trụ sơ khai, ngay sau Big Bang.  Các hố đen sao hình thành khi trung tâm của một ngôi sao rất to lớn tự sụp đổ. Sự sụp đổ này cũng gây ra một vụ nổ siêu tân tinh, hay một ngôi sao bị nổ tung, làm nổ tung một phần ngôi sao vào không gian.  Các nhà khoa học cho rằng hố đen siêu lớn được hình thành cùng thời điểm với thiên hà của chúng. Kích thước của hố đen siêu lớn liên quan đến kích cỡ và khối lượng của thiên hà mà nó đang ở.

Làm thế nào các nhà khoa học phát hiện được lỗ đen?

Chúng ta không thể nhìn thấy một lỗ đen vì lực hút mạnh kéo toàn bộ ánh sáng vào trung tâm của lỗ đen. Tuy nhiên, các nhà khoa học có thể thấy những ảnh hưởng của lực hấp dẫn mạnh lên các ngôi sao và khí xung quanh nó. Nếu một ngôi sao đang quay quanh một điểm nhất định trong không gian, các nhà khoa học có thể nghiên cứu chuyển động của ngôi sao để tìm ra nếu nó đang quay quanh một hố đen.

Hình ảnh của lỗ đen Sagittarius A ở tâm của dải Ngân Hà được chụp ở bước sóng tia X. Ảnh: NASA/UMass/D.Wang et al.

Khi một lỗ đen và một ngôi sao quay xung quanh nhau, ánh sáng năng lượng cao được tạo ra. Các thiết bị khoa học có thể nhìn thấy ánh sáng năng lượng cao này.

Lực hút của một hố đen đôi khi có thể đủ mạnh để kéo các khí bên ngoài của một ngôi sao và phát triển một đĩa xung quanh nó được gọi là đĩa tích lũy. Khi khí từ đĩa tăng lên vào trong hố đen, các khí sẽ bị nung nóng ở nhiệt độ rất cao và phát ra tia X theo mọi hướng. Kính viễn vọng của NASA đo được ánh sáng tia X. Các nhà thiên văn học sử dụng thông tin này để tìm hiểu thêm về các tính chất của một hố đen.

Liệu một hố đen sẽ nuốt chửng Trái Đất?

Các lỗ đen không đi lang thang quanh vũ trụ, nuốt chửng thế giới một cách ngẫu nhiên. Chúng tuân theo các quy luật hấp dẫn giống như các vật thể khác trong không gian. Quỹ đạo của một lỗ đen phải được rất gần với hệ mặt trời để ảnh hưởng đến Trái đất.

Nếu một hố đen có cùng khối lượng như mặt trời thay thế mặt trời, Trái đất sẽ không rơi vào hố đen. Hố đen có khối lượng giống Mặt Trời sẽ giữ trọng lực như Mặt Trời. Các hành tinh vẫn quay quanh lỗ đen như khi chúng quay quanh Mặt Trời.

Liệu Mặt Trời có bao giờ sẽ biến thành một lỗ đen?

Mặt Trời không có đủ khối lượng để sụp đổ thành một hố đen. Trong hàng tỷ năm nữa, khi Mặt Trời bước vào giai đoạn cuối của cuộc đời nó, nó sẽ trở thành một ngôi sao khổng lồ đỏ. Sau đó, khi nó đã sử dụng hết nhiên liệu cuối cùng của nó, nó sẽ bắn các lớp bên ngoài của nó và trở thành một vòng tròn phát sáng gọi là tinh vân hành tinh. Cuối cùng, tất cả những gì còn lại của Mặt Trời là một ngôi sao lùn trắng lạnh.

(Theo NASA)