Lỗ đen rất đáng sợ và một số vật thể bí ẩn và hấp dẫn nhất trong Vũ trụ. Nhưng lỗ đen là gì? Các lỗ đen về cơ bản là các vật thể trong không gian vô cùng to lớn và dày đặc đến nỗi không gì có thể thoát khỏi lực hấp dẫn của chúng, kể cả ánh sáng (đó là lý do tại sao chúng được gọi là đen hố). Điều này dẫn đến một số kịch bản thú vị liên quan đến vật lý trong khu vực ngay lập tức xung quanh một lỗ đen.
Lý thuyết tương đối tổng quát quy định rằng bất cứ thứ gì có khối lượng đều uốn cong kết cấu không thời gian, và độ cong này là cái mà chúng ta gọi là trọng lực. Ví dụ phổ biến nhất (và có tính mô tả cao) để minh họa cách thức hoạt động của nó là tấm cao su. Hình ảnh rằng bạn có một tấm cao su co giãn lớn được kéo dài ra một cách hợp lý được dạy. Tờ này là một đại diện 2 chiều của kết cấu không gian (có ba chiều, nhưng để đơn giản và dễ minh họa, chúng tôi sẽ sử dụng hai chiều). Nếu bạn đặt một viên bi nhỏ trên tấm, nó sẽ tạo ra một vết lõm nhỏ trong cao su. Hãy tưởng tượng rằng đá cẩm thạch là một hành tinh, và nếu bạn có một trong những viên bi sọc thủy tinh mát mẻ đó, nó thậm chí có thể trông giống như Sao Mộc. Lăn một viên sỏi nhỏ (tạo ra vết lõm rất nhỏ của riêng nó) bằng đá cẩm thạch, bạn có thể nhận thấy các viên sỏi hướng vào vết lõm của viên bi. Về cơ bản, đá cẩm thạch đang kéo viên sỏi nhỏ về phía nó vì trọng lực của nó.
Bây giờ, nếu bạn đặt một quả bóng bowling trên tấm, có khối lượng lớn hơn nhiều, nó sẽ tạo ra một vết lõm lớn hơn nhiều có khả năng bẫy viên sỏi khi nó lăn qua. Quả bóng bowling sẽ thể hiện rất tốt một cái gì đó giống như một ngôi sao trong ví dụ này. Một lỗ đen là tất cả khối lượng của một ngôi sao, nhưng trong một không gian rất nhỏ, đủ để thụt vào tấm cao su đủ để không có gì bạn lăn qua vết lõm của lỗ đen trong một khoảng cách nhất định - cho dù bạn có di chuyển nhanh đến đâu - có thể trốn thoát. Khu vực xung quanh một lỗ đen mà không có gì có thể thoát ra được gọi là chân trời sự kiện và khu vực này lớn đến mức nào phụ thuộc vào kích thước của chính lỗ đen đó.
Một lỗ đen sao xuất hiện khi một ngôi sao có lõi ở trên khoảng 3 khối lượng mặt trời đến gần hết tuổi thọ và các quá trình nhiệt hạch bên trong ngôi sao không còn đủ sức chống lại lực hút vào bên trong, khiến ngôi sao nổ tung . Một khi vật chất bên trong ngôi sao bị nén xuống dưới một bán kính nhất định - được đặt tên là Schwarzschild Radius theo tên nhà toán học đã tạo ra nó - một lỗ đen được hình thành.
Các lỗ đen siêu khối là những lỗ hình thành ở trung tâm của các thiên hà và chúng có thể nằm trong hàng tỷ khối lượng mặt trời. Ví dụ, lỗ đen siêu lớn ở trung tâm Dải Ngân hà có khối lượng khoảng 40.000 Mặt trời, và vật chất bao quanh nó - được gọi là ’đĩa bồi tụ - là một con số khổng lồ 4 tỷ Mặt trời. Làm thế nào để lỗ đen siêu lớn hình thành? Dưới đây, một bài viết tuyệt vời, chi tiết về các lỗ đen siêu lớn đi qua một số lý thuyết cạnh tranh về sự hình thành của chúng.
Lỗ đen có kích thước khác nhau tùy thuộc vào khối lượng của chúng. Ví dụ, nếu mặt trời đã trở thành một hố đen (nó sẽ không, tuy nhiên, vì đó là cốt lõi là quá nhỏ) bán kính của lỗ đen sẽ vào khoảng 3km (1,86 dặm). Nếu, thông qua một số tình huống kỳ lạ, Trái đất được nén vào một không gian nhỏ hơn Scwarzschild Radius của nó, lỗ đen sẽ có kích thước gần bằng hạt đậu phộng.
Ở trung tâm của lỗ đen nằm ở điểm được gọi là điểm kỳ dị, trong đó khối lượng của lỗ đen bị nén về thể tích bằng 0 và khả năng thuyết tương đối rộng để mô tả những gì đang xảy ra ở đây bị phá vỡ.
Làm sao chúng ta biết lỗ đen tồn tại, nếu chúng không phát ra ánh sáng? Bằng chứng về các lỗ đen sao xuất phát từ việc quan sát sự tương tác của chúng trong các hệ nhị phân và các lỗ đen siêu lớn có thể được quan sát bằng kính viễn vọng tia X, cũng như thông qua lực hấp dẫn mà chúng tác dụng lên các ngôi sao trong thiên hà.
Để tìm hiểu thêm về các lỗ đen, có khá nhiều tài nguyên trên web. Để bắt đầu, Hubbledite có một bách khoa toàn thư xuất sắc, cũng như Stardate.org. Bạn cũng có thể xem phần còn lại của chúng tôi về các lỗ đen trong Hướng dẫn về không gian hoặc nghe nhiều tập phim Thiên văn học về chủ đề này, như Tập 18, hoặc các câu hỏi hiển thị trên Lỗ đen, Lỗ đen.
Nguồn: NASA: Hố đen, NASA: Sao, Siêu vật lý
