Tâm trí thổi
Có điều gì lạ trong vũ trụ hơn hố đen? Những quái vật kỳ quái, hấp dẫn này không chỉ làm cong không gian và thời gian; chỉ nghĩ về chúng kéo dài và uốn cong trí tưởng tượng của mọi người là tốt. Và cùng với tất cả những phẩm chất đáng kinh ngạc mà bạn có thể đã nghe nói - khối lượng phi thường của chúng, kích thước nhỏ đến khó tin của chúng - các hố đen có rất nhiều đặc tính kỳ lạ thậm chí còn ít được biết đến. Chúng ta hãy xem xét một số đặc điểm đáng kinh ngạc nhất và khả năng lý thuyết liên quan đến những điều kỳ lạ trong vũ trụ này.
Lỗ đen có thể có tóc
Vào những năm 1960, nhà vật lý John Wheeler cho rằng các lỗ đen "không có tóc", nghĩa là mỗi vật thể vũ trụ cụ thể chỉ có thể được phân biệt với anh em của nó bằng lực xoay, động lượng góc và khối lượng của nó. Bất kỳ thông tin khác biệt nào khác về lỗ đen đều được coi là "tóc" và được cho là biến mất sau chân trời sự kiện không thể xuyên thủng của lỗ đen, một ranh giới xung quanh lỗ đen mà không thứ gì, kể cả ánh sáng, có thể thoát ra.
Cắt giảm đến năm 2016, khi nhà vật lý nổi tiếng Stephen Hawking đề xuất rằng các lỗ đen thực sự có một kiểu tóc sang trọng làm từ các hạt ma thuật, không có năng lượng, và sự kết tụ xồm xoàm này chứa thông tin về vật chất mà lỗ đen đã tiêu thụ. Giả thuyết này chưa được chứng minh, nhưng có thể giúp giải quyết một nghịch lý lâu đời về những gì xảy ra với khí và bụi rơi vào hố đen của hố đen.
Lỗ đen sản xuất đài phun nước
Không có gì được cho là có thể thoát khỏi lực hấp dẫn mạnh mẽ của lỗ đen. Nhưng điều đó chỉ áp dụng cho vật liệu đã tiến rất gần đến cạnh của lỗ. Trên thực tế, nhiều lỗ đen được bao quanh bởi các luồng khí và bụi, bao quanh các lỗ, giống như nước chảy xuống cống. Ma sát trong vật liệu này tạo ra nhiệt, tạo ra các cấu trúc giống như bão tố trong khí và bụi. Các quan sát gần đây cho thấy chuyển động này cũng tạo ra các vòng cung bao quanh các cột vật chất bên trong, bắn thẳng vào không trung, rất giống với các đài phun nước.
Lỗ đen có thể bốc hơi
Cơ học lượng tử cung cấp một cách khác để các hạt thoát khỏi lỗ đen. Theo lý thuyết, các cặp hạt hạ nguyên tử liên tục nhấp nháy trong và ngoài sự tồn tại xung quanh chân trời sự kiện của lỗ đen. Mỗi lần như vậy, cấu hình được căn chỉnh đúng cách để khiến một trong các đối tác rơi vào lỗ đen. Liên kết giống hệt của hạt sau đó bị đẩy đi với tốc độ cực cao, cướp đi lỗ đen của một chút năng lượng. Điều này tạo ra cái gọi là bức xạ Hawking, sau khi Stephen Hawking, người phát hiện ra hiện tượng này. Vì năng lượng bằng khối lượng, quá trình này thực sự có thể khiến một lỗ đen co lại và cuối cùng bay hơi đi trong thời gian dài.
Các lỗ đen có thể được bao quanh bởi một bức tường lửa
Một trong những vấn đề với bức xạ Hawking là nó gây ra câu hỏi hóc búa cho các nhà vật lý. Các hạt hạ nguyên tử được tạo ra bởi bức xạ này bị vướng víu, có nghĩa là những gì xảy ra với người này ngay lập tức được cảm nhận bởi người kia. Vì vậy, đối tác không rơi vào lỗ đen cảm thấy gì khi cộng sự của nó bị nghiền nát thành một điểm cực kỳ dày đặc? Không ai biết. Một giả thuyết cho rằng lỗ đen cắt đứt sự vướng víu của các hạt, một kết quả mà - theo định luật cơ học lượng tử - sẽ tạo ra một lượng năng lượng điên rồ. Điều đó, đến lượt nó, có nghĩa là tất cả các lỗ đen được bao quanh bởi những bức tường lửa.
Lỗ đen có thể làm xáo trộn thông tin, hoặc không
Thật khó để làm vuông khối lượng nghiền của các lỗ đen với các định luật cơ học lượng tử, cho rằng thông tin về các hạt không bao giờ có thể bị phá hủy. Nhưng vật chất trượt ra khỏi rìa của lỗ đen sẽ mãi mãi bị mất vào vũ trụ. Điều kiện này được gọi là nghịch lý thông tin lỗ đen; một nghị quyết đã trốn tránh các nhà khoa học cho đến nay. Nghiên cứu gần đây cho thấy rằng thông tin bị xáo trộn trong lỗ đen có thể được truyền cho các đối tác hạt đi trong bức xạ Hawking; tuy nhiên, không có câu trả lời dứt khoát cho nghịch lý này đã được tìm thấy.
Lỗ đen có thể là vật chất tối
Ngay sau Vụ nổ lớn, vũ trụ đã tạo ra vô số lỗ đen nhỏ. Bởi vì những đặc điểm này sẽ là những vật thể khổng lồ không phát ra ánh sáng, một số nhà vật lý đã phỏng đoán rằng những lỗ đen nguyên thủy này có thể giải thích cho vật chất tối, đó là vật chất bí ẩn mà phần lớn vật chất trong vũ trụ được tạo ra. Nhưng ý tưởng này đang gây tranh cãi, vì dữ liệu từ Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế laser (LIGO) đã loại trừ một vũ trụ chứa nhiều lỗ đen cực nhỏ. Có lẽ các lỗ đen cỡ trung bình vẫn có thể ẩn nấp ngoài đó, mặc dù các quan sát cho thấy chúng chỉ tạo nên, nhiều nhất là 1% đến 10% vật chất tối.
Vật chất có thể đi đến tương lai trong một lỗ đen
Các lỗ đen gặp phải vấn đề vô tận - khối lượng của lỗ đen bị nghiền nát đến một điểm cực kỳ dày đặc có kích thước vô cùng nhỏ. Về mặt vật lý, điều này không có ý nghĩa gì, vì vậy các nhà nghiên cứu đã tìm kiếm các khung thay thế để xử lý các lỗ đen. Một đề xuất được gọi là trọng lực vòng lượng tử, cho thấy kết cấu của không-thời gian bị uốn cong rất mạnh ở gần tâm của lỗ đen. Điều này sẽ dẫn đến một phần của lỗ hổng kéo dài trong tương lai, có nghĩa là vật chất bị hút vào đó sẽ du hành thời gian về phía trước. Cho đến nay, ý tưởng mở rộng tâm trí này vẫn còn trên lý thuyết.
Các nhà khoa học có thể đã phát hiện ra các lỗ đen từ vũ trụ khác
Một quan sát gây tranh cãi cao cho thấy vũ trụ của chúng ta là một người đến sau. Các vũ trụ trước đó có thể đã tồn tại trước chúng ta và sẽ chứa các lỗ đen. Nhà vật lý toán học nổi tiếng của Đại học Oxford, Roger Penrose, đã lập luận rằng bức xạ nền vũ trụ - một di tích đầy năng lượng từ Vụ nổ lớn - chứa đựng những dấu ấn của những lỗ đen này từ trước đó. Các nhà khoa học khác đã lập luận rằng dữ liệu của Penrose không có gì nhiều hơn tiếng ồn ngẫu nhiên, nhưng khả năng vẫn còn hấp dẫn.
Chúng tôi sẽ sớm có một hình ảnh của một lỗ đen
Trong một vài ngày, các nhà vật lý được thiết lập để phát hành hình ảnh đầu tiên của một lỗ đen. Con thú khổng lồ này ẩn nấp ở trung tâm dải ngân hà của chúng ta; chụp một bức ảnh về nó là mục tiêu của Kính thiên văn Sự kiện. Thiết bị này thực sự là một mạng lưới kính viễn vọng vô tuyến toàn cầu trên khắp Trái đất, chúng đã kết hợp sức mạnh của chúng để phóng to gần trung tâm thiên hà hơn bao giờ hết. Kính viễn vọng sẽ có thể phát hiện bóng của lỗ đen trên vật liệu xung quanh và hình ảnh dự kiến vào ngày 10 tháng 4.
