Vũ trụ vốn rộng lớn và bao la, là nơi có chứa vô vàn những bí ẩn, những điều vô cùng kỳ thú chưa được bật mí. Trong đó phải kể đến những khoảng tối, nơi mà ánh sáng không những không thể soi rọi mà còn dường như bị nuốt chửng. Phải, chúng ta đang nói về một vật chất vô cùng đáng sợ trong không gian, đó chính là hố đen, hay còn được mệnh danh là “kẻ ăn thịt vĩ đại của vũ trụ”.

1. Hố đen là gì?

Lỗ đen hay hố đen thường được định nghĩa là một vùng không – thời gian mà lực hấp dẫn mạnh đến mức không có gì, tức không một vật chất hay bức xạ điện từ như ánh sáng có thể thoát ra ngoài. Lực hấp dẫn rất mạnh ấy là bởi vật chất và khối lượng của nó rất lớn nhưng bị nén trong một không gian rất nhỏ.

2. Chân trời sự kiện và trung tâm hố đen

Chân trời sự kiện hay còn được biết đến là ranh giới ngoài cùng của lỗ đen, nơi mà lực hấp dẫn cực kỳ mạnh, đến mức ánh sáng cũng không thể thoát khỏi. Vì vậy, để có thể thoát ra khỏi nó, chúng ta phải đạt được vận tốc nhanh hơn cả ánh sáng, tức là hơn 300 000 000 m/s.

Giáo sư Stephen Hawking tin rằng chân trời sự kiện mà được hiểu theo cách truyền thống không thực sự tồn tại. Vậy nên, trong suốt cuộc đời của mình, ông đã kiên quyết rằng định nghĩa về lỗ đen nên được thay đổi. Trên thực tế, chúng là “chân trời biểu kiến” ở rìa các lỗ đen, nơi mà cơ học lượng tử trở nên điên rồ. Ông cho rằng ở đó, các hạt ảo xuất hiện, làm cho đường chân trời dao động, chứ không hoạt động như một điểm cụ thể trong không gian. Về mặt lý thuyết, những “chân trời biểu kiến” này cũng là một điểm mà các hiệu ứng lượng tử tạo ra các luồng hạt nóng bức xạ dội trở lại vào Vũ trụ – cái gọi là bức xạ Hawking. Người ta đưa ra giả thuyết rằng điều này cuối cùng sẽ khiến lỗ đen bức xạ toàn bộ khối lượng của nó và biến mất.

Ở trung tâm hố đen là điểm kỳ dị lỗ đen hay điểm kỳ dị hấp dẫn, là điểm một chiều chứa khối lượng khổng lồ trong một không gian nhỏ vô cùng. Bởi vậy mà ở đây, mật độ và lực hấp dẫn trở nên vô hạn, không – thời gian cong vô hạn và mọi định luật vật lý bị phá vỡ.

3. Chúng ta rơi vào hố đen sẽ ra sao?

Đây là một ý tưởng cực kỳ tồi đấy. Tại sao ư? Cùng tìm hiểu nhé!

Mọi lực hút sẽ trở nên quá mạnh và nhanh đến mức chúng ta không thể sống sót khi đến chân trời sự kiện, khiến cơ thể ta sẽ bị kéo dài ra như những sợi dây. Về lý thuyết thì miễn nó là một lỗ đen siêu to khổng lồ thì ta sẽ không cảm thấy gì đâu, bởi ta thực sự đang rơi tự do!

Nhưng với một người quan sát, câu chuyện không chỉ có vậy. Họ sẽ thấy ta sẽ di chuyển theo chuyển động chậm lại khi đến gần đường chân trời cho đến khi ta đóng băng và chuyển sang màu đỏ. Ta có vẻ như bị “tạm dừng” ở chân trời sự kiện, nhưng thực tế, ta sẽ biến mất. Hình ảnh sau đó sẽ trở nên vô hình. Vì vậy, người quan sát sẽ thấy hình ảnh của ta bị đỏ và mờ dần theo thời gian, sau đó biến mất.

4. Cách phát hiện hố đen

Vũ trụ vốn rộng lớn, vậy làm thế nào để ta nhận biết được sự tồn tại của hố đen?

Vì ánh sáng không thể thoát ra khỏi hố đen nên chúng ta không thể quan sát nó một cách trực tiếp mà phải thông qua các hiện tượng xung quanh. Hố đen có lực hấp dẫn khổng lồ nên không gian xung quanh bị bẻ cong và làm nóng bụi, khí quanh nó tới hàng tỷ độ. Lúc này, chúng sẽ phát ra bức xạ tia X. Bằng cách theo dõi dao động của bức xạ tia X, các nhà khoa học có thể xác định độ xoáy, hình dạng của các vật chất xung quanh hố đen trước khi bị nuốt chửng. Ngoài ra, trọng lực của hố đen còn bẻ cong ánh sáng tạo ra một vầng sáng bao quanh nó. Các nhà khoa học từ EHT (Event Horizon Telescope) đã ghi lại được hình ảnh hố đen đầu tiên bằng 8 kính viễn vọng vô tuyến đặt khắp nơi trên thế giới.

5. ĐIỀU GÌ XẢY RA NẾU 2 HỐ ĐEN VA CHẠM?

1 hố đen đã tạo ra lực hấp dẫn khổng lồ. Vậy điều gì sẽ xảy ra khi 2 hố đen va chạm?

Khi hai hố đen va chạm, chúng sẽ quay quanh nhau và hút tất cả các vật chất bao quanh cho tới khi trung tâm 2 hố đen hợp nhất. Lúc đó, một hố đen lớn hơn được tạo ra. Hố đen mới này có thể lớn hơn mặt trời hơn 100 lần. Trong quá trình sáp nhập, động lượng của 2 hố đen sẽ được chuyển hóa thành sóng hấp dẫn. Qua Thuyết tương đối rộng, Einstein đã dự đoán có những dao động được tạo ra do độ cong của cấu trúc không – thời gian, tạo thành các dạng sóng lan truyền ra bên ngoài và những sóng này mang năng lượng bức xạ hấp dẫn.

Năm 2016, các nhà khoa học tại Đài quan sát sóng hấp dẫn bằng tia laser (LIGO) đã phát hiện tín hiệu của sóng hấp dẫn từ vụ sáp nhập của 2 hố đen, qua đó chứng minh dự đoán của Einstein.