Bị phim ảnh lừa dối bấy lâu, đây mới là 7 sự thật về hố đen vũ trụ

Hố đen từ lâu đã trở thành nguồn cảm hứng vô tận cho các bộ phim khoa học viễn tưởng nhờ khả năng bẻ cong không gian và thời gian. Tuy nhiên, các đài thiên văn hiện đại đã biến thực thể thần bí này thành các phòng thí nghiệm vũ trụ có thể quan sát được. Những phát hiện mới nhất đang thách thức mọi hiểu biết truyền thống của con người về vũ trụ bao la.

Hình minh họa.

1. Bức ảnh lịch sử cần kính viễn vọng bằng cả Trái Đất

Vòng tròn màu cam nổi tiếng công bố vào năm 2019 không phải là sản phẩm của một thiết bị đơn lẻ. Dự án Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện đã phải liên kết các đài thiên văn vô tuyến toàn cầu bằng kỹ thuật Giao thoa vô tuyến với căn tuyến rất dài (VLBI).

Hệ thống này đã tạo ra một kính viễn vọng ảo khổng lồ có kích thước tương đương Trái Đất. Nhờ đó, các nhà khoa học đã chụp được bóng của hố đen siêu khối lượng M87* và Sagittarius A*. Thiết bị thực chất ghi lại vật chất phát sáng đang quay quanh ngay bên ngoài chân trời sự kiện.

2. Vật thể tối tăm nhất lại tạo ra ánh sáng rực rỡ nhất

Mặc dù bản thân hố đen hoàn toàn không phát ra ánh sáng, nhưng chúng lại gián tiếp tạo ra hiện tượng chói lọi nhất vũ trụ. Khí và bụi khi xoắn ốc lao vào trong sẽ tạo thành một đĩa bồi tụ có nhiệt độ đạt hàng triệu độ.

Quá trình này phát ra một lượng bức xạ khổng lồ trước khi vật chất chính thức vượt qua chân trời sự kiện. Ở các hố đen siêu khối lượng, đĩa bồi tụ này cung cấp năng lượng cho các chuẩn tinh (quasar). Chúng có thể làm lu mờ toàn bộ các thiên hà chứa hàng trăm tỷ ngôi sao.

3. Săn tìm hố đen bằng phương pháp "vô hình"

Do hố đen không phát ra ánh sáng khả kiến, các nhà thiên văn học buộc phải tìm kiếm chúng bằng con đường gián tiếp. Họ thường nghiên cứu các tác động của hố đen lên môi trường xung quanh thay vì nhìn trực tiếp vào chúng. Các nhà khoa học sẽ quan sát những ngôi sao đang chuyển động quanh một vật thể vô hình trong không gian. Ngoài ra, việc đo lường sóng hấp dẫn từ các vụ va chạm hoặc phát hiện tia X từ đĩa bồi tụ cũng là phương pháp phổ biến. Nhờ kỹ thuật bổ trợ này, hàng ngàn ứng viên hố đen đã lộ diện.

4. Phóng ra những dòng tia năng lượng khổng lồ

Không một thứ gì có thể thoát ra khi đã lọt vào bên trong chân trời sự kiện. Tuy nhiên, số phận của các vật chất nằm ngay bên ngoài ranh giới này lại hoàn toàn khác biệt. Lực từ trường mạnh mẽ tại đây có thể dẫn hướng khí xoắn ốc thành các dòng tia tương đối tính hẹp. Chúng bị bắn ngược ra ngoài vũ trụ với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng. Các dòng tia này có thể kéo dài hàng triệu năm ánh sáng, lớn hơn cả thiên hà chứa chúng.

Hình minh họa.

5. Tốc độ tự quay đạt giới hạn cực hạn của Einstein

Hố đen không chỉ sở hữu khối lượng khổng lồ mà còn có khả năng tự quay với tốc độ kinh ngạc. Khi tích tụ thêm khí bụi hoặc hợp nhất với nhau, chúng sẽ gia tăng momen động lượng để xoay tròn.

Nhiều hố đen siêu khối lượng được ước tính xoay gần với tốc độ tối đa cho phép bởi Thuyết Tương đối Tổng quát. Sự tự quay này kéo theo cả cấu trúc không-thời gian xung quanh, hay còn gọi là hiện tượng kéo khung. Đây cũng là nguồn năng lượng kích hoạt các dòng tia khổng lồ.

6. Không phải chiếc máy hút bụi luôn luôn "đói khát"

Văn hóa đại chúng thường phác họa hố đen giống như những chiếc máy hút bụi không ngừng nuốt chửng mọi thứ. Trong thực tế, rất nhiều hố đen trải qua những giai đoạn yên tĩnh kéo dài với rất ít vật chất rơi vào.

Hố đen Sagittarius A* ở trung tâm Dải Ngân hà của chúng ta là một ví dụ điển hình khi đang tiêu thụ rất ít vật chất. Việc hố đen trông tăm tối hay chói lọi phụ thuộc hoàn toàn vào lượng khí bụi bao quanh. Bản thân hố đen không quyết định độ rực rỡ này.

7. Cái chết được dự báo trước của những hố đen

Hố đen trông có vẻ trường tồn nhưng nhà vật lý Stephen Hawking đã chứng minh điều ngược lại. Ông đề xuất rằng chúng thực chất đang bị mất dần năng lượng một cách chậm chạp qua bức xạ Hawking. Sau một khoảng thời gian dài đến mức không tưởng, quá trình này sẽ khiến hố đen bốc hơi hoàn toàn. Đối với hố đen khối lượng ngôi sao, quá trình bốc hơi này sẽ kéo dài khoảng 1.067 năm. Dù chưa được quan sát trực tiếp, đây vẫn là ý tưởng tầm cỡ của vật lý lý thuyết.