Lỗ đen là gì?

Trên bầu trời, các vì sao lấp lánh. Ngoài các hành tinh, tuyệt đại bộ phận những ngôi sao mà ta thấy là hằng tinh giống như Mặt Trời, tự phát sáng và phát nhiệt.

Có phải mọi ngôi sao trên trời đều phát sáng không?

Mấy chục năm trước, dựa trên Thuyết tương đối rộng của Anhxtanh, các nhà khoa học đã dự đoán sự tồn tại của một loại thiên thể gọi là lỗ đen. Chỉ nghe tên cũng có thể đoán, lỗ đen không phát sáng. Vậy lỗ đen là gì?

Lỗ đen là một loại thiên thể vô cùng kỳ lạ. Thể tích của nó rất nhỏ, mật độ lại cực cao, khối lượng mỗi cm3 có thể đạt tới mấy chục tỉ tấn, thậm chí nhiều hơn. Nếu lấy từ lỗ đen một mẫu vật chất chỉ lớn bằng hạt gạo, có lẽ phải dùng mấy vạn chiếc tàu cỡ vạn tấn mới chở hết.

Nếu biến Mặt Trời thành một lỗ đen, bán kính của nó sẽ co lại chưa đến 3 km.

Vì mật độ của lỗ đen rất lớn nên lực hút của nó cũng cực mạnh. Mọi người đều biết, do sức hút của Trái Đất, quả bóng đá khi bay lên rồi vẫn rơi xuống đất. Vệ tinh nhân tạo phải đạt tốc độ rất lớn mới có thể khắc phục sức hút của Trái Đất để bay vào vũ trụ. Tình hình của lỗ đen hoàn toàn khác Trái Đất: lực hút của nó mạnh đến mức mọi vật chất bên trong, kể cả ánh sáng có tốc độ rất nhanh, cũng không thoát ra được. Không những vậy, nó còn có thể hút ánh sáng và các vật chất xung quanh. Lỗ đen giống như một cái hố không đáy, bất cứ vật gì rơi vào đó đều khó thoát ra. Vì vậy, tên gọi lỗ đen đã diễn tả rất hình tượng bản chất của nó.

Lỗ đen không nhìn thấy được, vậy làm sao tìm ra nó? Ta phải dựa vào sức hút khổng lồ của nó. Nếu lỗ đen là một thành viên trong hệ song tinh, còn thành viên kia là một hằng tinh có thể quan sát được, thì do lực hút của lỗ đen, chuyển động của hằng tinh ấy sẽ có sự biến đổi theo quy luật. Từ sự biến đổi này có thể suy ra sự tồn tại của lỗ đen.

Ngoài ra, vật chất xung quanh lỗ đen dưới tác dụng của lực hút mạnh sẽ biểu hiện những kiểu vận động kỳ lạ. Khi chúng cuồn cuộn xoáy vào lỗ đen, chúng có thể phát ra tia X và tia γ rất mạnh. Đây cũng là một cách để tìm lỗ đen. Lỗ đen còn ảnh hưởng đến sự truyền đi của tia sáng, tạo nên hiện tượng thấu kính hấp dẫn. Tất nhiên, việc tìm kiếm lỗ đen không hề dễ dàng.

“Thiên Nga X-1” là một nguồn tia X rất mạnh. Nó có một ngôi sao bạn không nhìn thấy được. Dựa vào chuyển động của “Thiên Nga X-1”, người ta có thể phán đoán ngôi sao bạn ấy có khối lượng gấp khoảng 10 lần Mặt Trời, vì vậy nhiều người cho rằng đó có thể là một lỗ đen cấp hằng tinh. Các nhà thiên văn còn phát hiện nhiều hạch nhân của các hệ sao hoạt động rất mạnh, gọi là nhân hệ sao hoạt động. Trung tâm của chúng có thể là những lỗ đen khổng lồ; trong lúc nuốt chửng vật chất xung quanh, chúng phát ra nguồn năng lượng rất lớn. Có người còn cho rằng trung tâm hệ Ngân hà cũng có một lỗ đen rất lớn, khối lượng gấp hàng triệu lần Mặt Trời.