Một hố đen trẻ, được phát hiện bởi kính thiên văn không gian Splitzer. Ảnh: NASA/CXC/M.Weiss
Một số người nghĩ rằng lỗ đen giống như máy hút bụi vũ trụ, hút hết không gian xung quanh chúng, nhưng trong thực tế, hố đen cũng chỉ giống như các vật thể khác trong vũ trụ, dù có trường hấp dẫn rất mạnh xung quanh.
Nếu thay Mặt Trời hiện tại bằng một hố đen, Trái Đất sẽ không bị hút vào mà tiếp tục quay quanh hố đen. Quan niệm hố đen hút vật chất là sai lầm, nó thực chất chỉ hút vật chất dưới dạng gió sao phát tán ra từ các ngôi sao ở gần.
Carl Schwarzschild, người đầu tiên chứng minh hố đen có thực. Ảnh: Public Domain
Einstein không phải là người phát hiện ra sự tồn tại của hố đen, dù thuyết tương đối của ông thực sự tiên đoán sự hình thành của chúng. Karl Schwarzschild là người đầu tiên sử dụng các phương trình cách mạng của Einstein chứng minh rằng các hố đen có thực.
Ông làm điều này trong cùng năm Einstein công bố thuyết tương đối tổng quát, 1915. Từ một thuật ngữ trong công trình của Schwarzschild, "bán kính Schwarzschild", một phép đo về việc phải nén một vật thể tới nhỏ thế nào để tạo ra một hố đen đã được đưa ra. Rất lâu trước đó nhà bác học người Anh John Michell đã dự đoán sự tồn tại của các "ngôi sao đen", nặng tới mức hút được cả ánh sáng. Tên gọi hố đen chỉ được chính thức đưa ra vào năm 1967.
Hố đen kéo dài mọi thứ ra như sợi mỳ. Ảnh: Public Domain
Hiện tượng này được gọi với cái tên "spaghetti hóa", hố đen sẽ kéo dài bạn ra thành một sợi mỳ spaghetti theo đúng nghĩa đen. Nguyên nhân của hiện tượng này là do lực hấp dẫn thay đổi theo khoảng cách, càng gần tâm hấp dẫn lực càng mạnh. Dưới lực hấp dẫn rất lớn, như ở gần một hố đen, sự khác biệt này càng rõ ràng. Chân gần tâm hơn nên bị hút mạnh hơn, làm cơ thể bị kéo dài ra.
Chúng ta chỉ là một vũ trụ trong vô số vũ trụ. Ảnh: NASA/ESA/D. Coe/J. Anderson/R. van der Marel (STScI)
Hố đen có thể sinh ra cả một vũ trụ mới, điều này nghe có vẻ điên rồ khi chúng ta không chắc có vũ trụ khác tồn tại nhưng có những lý thuyết đằng sau các nghiên cứu này. Vũ trụ của chúng ta ngày nay có một số điều kiện rất lý tưởng cho sự sống phát triển, mà chỉ cần có một vài thay đổi rất nhỏ sẽ dẫn tới không thể tồn tại sự sống.
Điểm kỳ dị ở tâm hố đen phá vỡ các định luật vật lý và về lý thuyết, có thể thay đổi các điều kiện này và tạo ra một vũ trụ mới với một chút thay đổi khác biệt.
Mô tả không gian bị bẻ cong theo thuyết tương đối tổng quát. Ảnh: Cassini-science-br
Hố đen làm cong không gian xung quanh nó. Tưởng tượng không gian như một tấm thảm cao su. Nếu đặt một vật nặng lên, nó sẽ bị biến dạng. Vật càng nặng đặt lên thì độ biến dạng càng lớn. Một hố đen cũng gây hiệu ứng tương tự với không gian xung quanh nó. Nó tạo ra một cái giếng sâu tới mức không gì đủ năng lượng để trồi ngược ra, kể cả ánh sáng.
Hố đen có hiệu suất phát năng lượng rất tốt. Ảnh: ESO
Hố đen là các nhà máy năng lượng vĩnh cửu. Các hố đen có thể tạo ra năng lượng hiệu quả hơn nhiều so với Mặt Trời. Vật chất của các đĩa vật chất xung quanh hố đen càng ở gần chân trời sự kiện hố đen sẽ quay càng nhanh do lực hấp dẫn mạnh hơn. Do đó nó sẽ nóng lên tới hàng tỷ độ và có khả năng chuyển đổi từ khối lượng thành năng lượng theo dạng bức xạ của vật đen.
Phản ứng tổng hợp hạt nhân trên Mặt Trời chuyển đổi được 0,7% khối lượng thành năng lượng, trong khi các điều kiện quanh một hố đen có thể chuyển hóa 10%. Một sự khác biệt rất lớn.
Các nhà khoa học thậm chí còn đang nghĩ tới sử dụng hố đen để cấp năng lượng cho các tàu vũ trụ hố đen trong tương lai.
Hố đen Sagittarius A tại trung tâm Ngân Hà, nặng hơn Mặt Trời 4 triệu lần. Ảnh: AP
Các nhà khoa học tin rằng có một hố đen siêu nặng ở tâm hầu hết các thiên hà, bao gồm cả Ngân Hà. Chúng đóng vai trò neo giữ vật chất của thiên hà lại với nhau trong không gian. Hố đen Sagittarius A tại trung tâm Ngân Hà, nặng hơn Mặt Trời 4 triệu lần. Nó cách chúng ta 30.000 năm ánh sáng. Các nhà khoa học tin rằng hai triệu năm trước đã xảy ra một vụ nổ rất lớn ở đây, có thể nhìn thấy từ Trái Đất.
Hố đen làm chậm thời gian. Ảnh minh họa: Flickr/Nick
Thời gian sẽ trôi chậm đi khi bạn tới chân trời sự kiện, không có điểm trở lại. Giống như thí nghiệm về nghịch lý sinh đôi của Einstein, người bay vào vũ trụ với tốc độ ánh sáng khi trở lại Trái Đất sẽ trẻ hơn người kia rất nhiều. Khi tới chân trời sự kiện, bạn cũng di chuyển với tốc độ nhanh như vậy và thời gian với bạn sẽ trôi chậm lại.
Năng lượng có thể thoát ra ngoài hố đen. Ảnh: Ho New
Các hố đen có thể không phải các hố không đáy. Năng lượng có khả năng thoát ra khỏi chúng. Phát hiện đáng ngạc nhiên này lần đầu tiên được dự đoán bởi Stephen Hawking vào năm 1974. Hiện tượng này được gọi là bức xạ Hawking, đặt theo tên ông.
Bức xạ Hawking phân tán khối lượng của hố đen vào không gian theo thời gian cho tới khi hố đen biến mất.
Theo lý thuyết, mọi thứ có thể trở thành hố đen. Ảnh: REUTERS/NASA/JPL-Caltech/Handout
Sự khác biệt duy nhất giữa hố đen và Mặt Trời là tâm của hố đen cấu tạo từ vật chất cực kỳ dày đặc, tạo ra một trường hấp dẫn rất mạnh. Về lý thuyết, nếu có thể nén Mặt Trời lại xuống kích thước chỉ còn khoảng 6 km, nghĩa là nén tất cả khối lượng của Mặt Trời vào một không gian vô cùng nhỏ, khi đó sẽ tạo ra được một hố đen. Có thể áp dụng lý thuyết này cho mọi thứ, từ Trái Đất cho tới cơ thể bạn.
Tuy nhiên, thực tế là hố đen chỉ được hình thành khi có một ngôi sao sụp đổ, với khối lượng gấp 20 – 30 lần Mặt Trời.
Nguyễn Thành Minh