Hố đen không chỉ là đối tượng nghiên cứu hấp dẫn trong vũ trụ mà còn là chìa khóa giúp chúng ta hiểu rõ hơn về bản chất của không-thời gian và lực hấp dẫn. Từ khi được tiên đoán bởi thuyết tương đối rộng của nhà vật lý lý thuyết Albert Einstein, Hố đen đã trở thành một trong những chủ đề được nghiên cứu nhiều nhất, ảnh hưởng sâu rộng đến vật lý lý thuyết và vật lý thiên văn. Hố đen thường được ví như "hố sâu không đáy" của vũ trụ, được coi là những vùng không thể quan sát trực tiếp và có thể chứa đựng những bí ẩn lớn về cách mà vũ trụ hoạt động.

Trong bài viết này, một cái nhìn sơ lược và dễ hiểu nhất về Hố đen sẽ được tổng hợp lại và đưa đến cho độc giả. Qua đó, đặt nền cho việc nghiên cứu sâu hơn về vật thể phức tạp này.

Định nghĩa: Hố đen, một vật thể đặc có kích thước lớn, được nén trong một không gian nhỏ, dẫn đến lực hấp dẫn mạnh đến mức mà-trong một khoảng cách nhất định-không có gì có thể thoát ra được, kể cả ánh sáng. Một Hố đen được biết là không có một bề mặt. Chỉ có một vùng, hay ranh giới, trong không gian quanh Hố đen mà ta không thể nhìn thấy được. Ranh giới này được đặt cho cái tên là “Chân trời sự kiện” (The Event Horizon). Bất kì vật nào vượt qua “Chân trời sự kiện” đều sẽ càng ngày càng bị nghiền nát theo thời gian nó vào sâu hơn nữa vào trong “giếng” hấp dẫn của Hố đen. Không có ánh sáng khả kiến, hay tia X, hay bất kì dạng ánh sáng nào khác của bức xạ điện từ, cũng như bất kì hạt nào, bất kể có mang năng lượng cao đến đâu, có thể thoát ra ngoài.

Hố đen được chia thành 3 loại chủ yếu dựa trên kích thước và cách hình thành:

Hố Đen Sao (Stellar-Mass): Thường có khối lượng từ khoảng 5 đến hàng trăm lần khối lượng của Mặt Trời.

Hố Đen Trung Bình (Intermediate-Mass) (hay Mid-Mass): Có khối lượng nằm giữa Hố đen sao và Hố đen siêu lớn, từ khoảng 500 đến hơn hàng nghìn lần khối lượng của Mặt Trời. Hố đen trung bình khá khó xác định và vẫn đang được nghiên cứu.

Hố Đen Siêu Lớn/Siêu Khối Lượng (Supermassive): Hố đen siêu lớn nằm ở trung tâm của hầu hết các thiên hà lớn và có khối lượng cực kỳ lớn, từ hàng triệu đến hàng tỷ lần khối lượng của Mặt Trời. Hình thành từ sự hợp nhất của nhiều Hố đen nhỏ hơn hoặc từ sự tích tụ liên tục của vật chất trong thời gian dài. Hố đen siêu khối lượng thường là đối tượng nghiên cứu chủ yếu trong nhiều nghiên cứu vũ trụ học vì tầm ảnh hưởng và sự dễ dàng tiếp cận trong việc kiểm chứng lý thuyết, cũng như vài lí do khác. 

(Ảnh minh họa về cấu tạo của một Hố đen siêu lớn: ESO, ESA/Hubble, M.Kornmesser/N.Bartmann; Nhãn: NASA/CXC)

Cấu tạo của Hố đen Siêu lớn:

-Đĩa hút vật chất (hay đĩa bồi tụ.) (Accretion disk): Một đĩa khí và bụi có thể tích tụ xung quanh một trung tâm lực hấp dẫn, chẳng hạn như một ngôi sao bình thường, một sao lùn trắng, sao neutron, hoặc hố đen. Khi khí xoay vào trong do ma sát, nó trở nên nóng và phát ra bức xạ. Tương tự, bất kỳ vật chất nào đến quá gần hố đen, nó sẽ tách ra và tạo thành một vòng quay quanh nó gọi là đĩa bồi tụ.

-“Chân trời sự kiện” (Event Horizon): Hãy tưởng tượng ra một bề mặt hình cầu (Bề mặt này là một mặt cầu mà không thực sự tồn tại trong không gian vật lý, nhưng được sử dụng để giúp mô tả hoặc phân tích các đặc điểm của một đối tượng. Nó không thể nhìn thấy hoặc chạm vào, mà chỉ là một công cụ lý thuyết.) bao quanh một hố đen, với bán kính bằng bán kính Schwarzschild, bên trong đó không có sự kiện nào có thể được nhìn thấy, nghe thấy, hoặc biết đến bởi người quan sát bên ngoài.

-Điểm kỳ dị (Singularity): Một điểm trong vũ trụ nơi mà khối lượng tập trung vào 1 điểm vô cùng nhỏ với mật độ vật chất và trường hấp dẫn là vô hạn, trong trường hợp này là ở trung tâm của một hố đen.

-Tia cực tương đối (Relativistic jet): Một tia bức xạ và các hạt mạnh mẽ di chuyển gần với tốc độ ánh sáng (đôi khi lên đến 99% hoặc hơn nữa của tốc độ ánh sáng. Điều này dẫn đến hiệu ứng liên quan đến tính thuyết tương đối, nơi mà thời gian và không gian bị biến dạng theo lý thuyết tương đối của Einstein.). Hiệu ứng liên quan đến tính thuyết tương đối là những biến đổi vật lý xảy ra khi các đối tượng hoặc hạt di chuyển với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng. Những hiệu ứng này được mô tả bởi thuyết tương đối của Einstein và có ảnh hưởng quan trọng trong việc hiểu các hiện tượng vật lý trong các tình huống cực đoan.

(8/23/2024)