Theo NASA, lỗ đen là vùng không – thời gian đặc biệt, trong đó lực hấp dẫn lớn đến mức mọi thứ, kể cả ánh sáng, đều không thể chạy thoát. Lực hấp dẫn lớn có nguyên nhân là vật chất bị nén vào một không gian rất nhỏ. Điều này có thể xảy ra khi một ngôi sao suy sụp ở thời kỳ cuối đời.
Bởi vì ánh sáng không thể thoát ra nên lỗ đen là vô hình. Tuy nhiên, các kính viễn vọng vũ trụ với các thiết bị nghiên cứu đặc biệt có thể giúp tìm lỗ đen. Kính viễn vọng vũ trụ có thể quan sát tình trạng vật chất ở tương đối gần lỗ đen.
Các lỗ đen lớn như thế nào?
Các lỗ đen có thể có những kích thước khác nhau, tuy nhiên có 3 dạng chủ yếu, được xác định dựa trên khối lượng và kích thước.
Nhỏ nhất là các lỗ đen nguyên thủy. Các nhà khoa học cho rằng loại lỗ đen này có kích thước tương đương một nguyên tử và khối lượng tương đương một quả núi.
Loại lỗ đen trung bình, gọi là lỗ đen có nguồn gốc sao, là phổ biến nhất. Khối lượng lỗ đen nguồn gốc sao có thể lớn hơn khối lượng Mặt trời 20 lần và có thể chứa trong quả cầu đường kính khoảng 16 km. Trong Dải Ngân hà có thể có hàng chục lỗ đen như vậy.
Những lỗ đen lớn nhất được gọi là lỗ đen khổng lồ. Chúng có khối lượng lớn hơn khối lượng Mặt trời hàng tỷ lần, có đường kính nhỏ hơn kích thước Hệ Mặt trời. Các chứng cứ khoa học cho thấy mỗi thiên hà lớn đều chứa lỗ đen khổng lồ ở khu vực trung tâm.
Trong Dải Ngân hà, lỗ đen khổng lồ có tên là Sagittarius A. Nó có khối lượng bằng khoảng 4 triệu Mặt trời cộng lại và có thể nằm trọn vẹn trong quả cầu có đường kính tương đương đường kính Mặt trời.
Lỗ đen hình thành như thế nào?
Các lỗ đen nguyên thủy xuất hiện ngay sau Vụ nổ lớn.
Lỗ đen nguồn gốc sao hình thành khi ngôi sao khổng lồ suy sụp hấp dẫn ở giai đoạn cuối của quá trình tiến hóa. Sự suy sụp này cũng gây ra vụ nổ, ném các mảnh vật chất sao ra không gian vũ trụ.
Các nhà khoa học cho rằng, lỗ đen khổng lồ hình thành cùng với thiên hà mà nó nằm ở trong. Kích thước lỗ đen khổng lồ liên quan tới kích thước và khối lượng thiên hà “của nó”.
Vì sao các nhà khoa học biết lỗ đen tồn tại?
Không thể nhìn thấy lỗ đen vì lý do nó có trường hấp dẫn quá mạnh, hút tất cả ánh sáng vào bên trong. Tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn có thể quan sát được ảnh hưởng lực hấp dẫn của lỗ đen đối với các ngôi sao và khí xung quanh nó.
Nếu như một ngôi sao quay xung quanh một điểm nào đó trong không gian, thì các nhà khoa học có thể nghiên cứu chuyển động của ngôi sao để kiểm tra xem nó có quay xung quanh lỗ đen hay không.
Khi lỗ đen và ngôi sao quay xung quanh nhau, sẽ xuất hiện ánh sáng với năng lượng cao. Các thiết bị đặc biệt có thể tóm bắt thứ ánh sáng đó.
Đôi khi trọng trường của lỗ đen đủ lớn để có thể hút khí từ ngôi sao lân cận và tạo ra đĩa vật chất, gọi là đĩa bồi tụ. Khi khí trong đĩa bồi tụ xung quanh lỗ đen, nó nóng lên đến nhiệt độ rất cao, phát sáng và giải phóng bức xạ roentgen (tia X) ra tất cả các hướng.
Các kính viễn vọng của NASA thu nhận thứ ánh sáng này, còn các nhà thiên văn học sử dụng dữ liệu để đoán các đặc tính của lỗ đen.
Lỗ đen có thể phá hủy Trái đất không?
Các lỗ đen không di chuyển trong vũ trụ. Chúng “nuốt” vật chất một cách tình cờ. Chúng thích ứng với các định luật hấp dẫn tương tự như các đối tượng khác trong không gian vũ trụ. Để có thể ảnh hưởng đến Trái đất, quỹ đạo của lỗ đen phải ở rất gần Hệ Mặt trời. Tuy nhiên điều này là không thể.
Nếu một lỗ đen có khối lượng Mặt trời ở vào đúng vị trí của Mặt trời hiện nay, thì Trái đất cũng không rơi vào nó. Lỗ đen có khối lượng Mặt trời có trường hấp dẫn như Mặt trời, các hành tinh vẫn tiếp tục quay xung quanh lỗ đen như không hề có chuyện gì xảy ra.
Vậy, Mặt trời có khi nào trở thành lỗ đen không? Mặt trời không có đủ khối lượng để suy sụp thành lỗ đen. Sau hàng tỷ năm nữa, khi Mặt trời ở vào giai đoạn cuối của tiến hóa, nó sẽ trở thành sao khổng lồ đỏ. Sau đó, khi sử dụng hết nhiên liệu, Mặt trời biến thành vành đai khí phát sáng, gọi là tinh vân hành tinh. Cuối cùng, cái còn sót lại của Mặt trời là một sao lùn trắng nguội dần.
NASA nghiên cứu lỗ đen như thế nào?
NASA nghiên cứu lỗ đen nhờ các tàu vũ trụ như Kính viễn vọng không gian Chandra, vệ tinh Swift hay Kính thiên văn vũ trụ tia gamma Fermi (FGST).
Năm 2008, Kính thiên văn FGST được phóng vào không gian với nhiệm vụ quan sát tia gamma – một dạng ánh sáng nhiều năng lượng nhất – nhằm tìm kiếm các lỗ đen khổng lồ và các hiện tượng thiên văn khác. Những con tàu vũ trụ như vậy giúp các nhà khoa học trả lời câu hỏi liên quan đến nguồn gốc, tiến hóa và số phận vũ trụ.
