10 sự thật kinh ngạc về các hố đen trong vũ trụ (Phần I)

Hố đen là một vùng không-thời gian trong vũ trụ mà lực hấp dẫn của nó lớn tới mức ngay cả ánh sáng cũng không thể thoát ra được. Chính vì thế mà chúng ta gặp rất nhiều khó khăn trong việc quan sát cũng như tìm hiểu cách thức hoạt động của chúng. Và tất nhiên chúng ta vẫn chỉ tìm hiểu dựa trên những lý thuyết khoa học mà chưa thể tiếp cận các hố đen trong vũ trụ. Chính vì vậy mà còn rất nhiều những điều bí ẩn xung quanh những hố đen này mà chúng ta chưa biết, cũng như chưa thể lý giải được.

1. Tổ tiên của chúng ta có thể đã từng thấy hố đen khổng lồ ở trung tâm dải Ngân hà

Khoảng hai triệu năm trước là thời điểm mà hố đen siêu khổng lồ ở trung tâm dải Ngân hà phát ra ánh sáng rực rỡ trong một hiện tượng đặc biệt. Cũng vào thời điểm đó, con người mới chỉ bắt đầu tiến hóa và đứng trên hai chân. Tuy nhiên rất có thể tổ tiên của chúng ta đã được chứng kiện sự kiện có một không hai trên bầu trời Trái đất.

Mặc dù như chúng ta biết các hồ đen có lực hấp dẫn lớn tới mức ánh sáng cũng không thể thoát ra được, do đó chúng ta không thể quan sát thấy các hố đen một cách thông thường, cũng như chúng không thể phát sáng như các vì sao trên bầu trời.

Tuy nhiên vào thời điểm hố đen hoạt động mạnh nhất, nó hút một lượng lớn vật chất xung quanh và tạo thành một địa vật chất bị nung nóng do va chạm với nhau ở miệng hố đen. Khi đó các hạt vật chất năng lượng cao có thể phóng ra ngoài theo hướng vuông góc với miệng hố đen và tạo ra một vụ nổ ánh sáng. Các nhà khoa học đã từng quan sát được hiện tượng này đối với hai hố đen có kích thước nhỏ ngoài dải Ngân hà.

Khi hiện tượng này xảy ra, vụ nổ ánh sáng có thể kéo dài tới hàng nghìn năm và tạo nên một ngôi sao lớn phát sáng trên bầu trời Trái đất. Tuy nhiên hiện nay hố đen Sagittarius A* tại trung tâm dải Ngân hà đang ổn định, do đó có lẽ chúng ta sẽ không bao giờ được chứng kiến màn trình diễn ánh sáng của một hố đen siêu khổng lồ như vậy nữa.

2. Không chỉ có hố đen mới nuốt chửng mọi thứ

Khi lực hấp dẫn của một hố đen nuốt chửng một ngôi sao gần nó, khí và bụi từ ngôi sao sẽ bị cuốn vào hố đen giống như lúc chúng ta xả nước trong bồn vậy. Những đám khí và bụi bị hút vào với tốc độ cao khiến nó nóng lên và phát ra ánh sáng, nó phát ra những chùm tia X mà chúng ta có thể quan sát được.

Tuy nhiên trong khi quan sát thiên hà M82, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra một chùm tia X năng lượng cao. Giống như hoạt động của hố đen đang “ăn” một ngôi sao, nhưng sự thực không phải vậy. Các nhà thiên văn học sau đó đã phát hiện ra đây là một ngôi sao neutron (phần còn lại của một ngôi sao đang chết nhưng không đủ lớn để thành một hố đen).

Ngôi sao neutron có những đặc điểm giống với một hố đen nhưng có khối lượng nhỏ hơn rất nhiều. Nó có thể hút bụi khí từ khoảng cách gần nhưng không có sức mạnh như một hố đen. Sau quá trình này, ngôi sao neutron sẽ bắt đầu nguội lạnh dần và không còn hoạt động nữa.

3. Hố đen siêu nhỏ cũng là những con quái vật tham ăn

Cho đến nay, các nhà khoa học vẫn tin rằng hố đen có kích thước càng lớn thì lực hấp dẫn càng lớn cũng như càng “tham ăn”. Tuy nhiên họ đã  phải thay đổi quan niệm này khi phát hiện ra P13, một hố đen có kích thước chỉ bằng 1/15 lần kích thước Mặt Trời, nhưng có khối lượng gấp cả triệu lần.

Các nhà thiên văn đã phát hiện ra hố đen P13 khi nó đang “ăn” một ngôi sao khổng lồ ở gần nó, trong khi ngôi sao này có kích thước lớn hơn nó rất rất nhiều. Các nhà thiên văn tính toán khả năng tiêu thụ vật chất của P13 là bằng khối lượng của 100 tỷ tỷ chiếc xúc xích mỗi phút. Đây cũng là minh chứng cho việc kích thước không hề quan trọng trong thế giới vũ trụ, quan trọng chính là khối lượng. Theo tính toán thì P13 sẽ ăn hết ngôi sao ở gần nó chỉ trong khoảng 1 triệu năm, khoảng thời gian g khá ngắn trong vũ trụ.

4. Số lượng các hố đen siêu khổng lồ nhiều hơn những gì chúng ta có thể tưởng tượng

Các hố đen có rất nhiều kích thước khác nhau, có thể chỉ bằng một hành tinh trong hệ Mặt Trời nhưng cũng có thể lớn bằng cả hệ Mặt Trời của chúng ta. Bên cạnh đó có những hố đen siêu khổng lồ rất hiếm gặp, được gọi là ultramassive .

Chúng ta cũng biết rằng có những hố đen siêu khổng lồ tại trung tâm của mỗi thiên hà. Tuy nhiên vào năm 2014, các nhà khoa học đã phát hiện ra hơn 100 thiên hà lùn nhỏ cũng có những hố đen tại trung tâm của chúng. Các thiên hà lùn nhỏ có kích thước nhỏ hơn rất nhiều so với dải Ngân hà, chúng chỉ có vài tỷ ngôi sao so với 200-400 tỷ ngôi sao trong dải Ngân hà.

Tuy nhiên kích thước hố đen ở trung tâm của chúng có thể không hề nhỏ chút nào. Các nhà thiên văn học đã phát hiện một hố đen tại trung tâm thiên hà lùn được gọi là M60-UCD1, với khối lượng bằng 2 triệu lần khối lượng Mặt Trời và nó thực sự là một con quái vật.

Dựa trên những phát hiện này, một số nhà khoa học tin rằng các thiên hà lùn là một phần của các thiên hà lớn hơn, bị xé nhỏ ra khi các thiên hà va chạm với nhau. Tuy nhiên họ chưa giải thích được sự tồn tại của những hố đen khổng lồ tại trung tâm những thiên hà nhỏ này. Bên cạnh đó các nhà khoa học cũng dự đoán số lượng các hố đen như vậy tương ứng với số lượng các thiên hà lùn tồn tại sẽ là rất lớn.

5. Một hố đen làm sao để lớn?

Một hố đen bắt đầu khi ngôi sao có khối lượng đủ lớn sụp đổ vào chính tâm của chúng, tuy nhiên khối lượng ban đầu này chỉ vào khoảng 10 lần khối lượng Mặt Trời. Trong khi đó các hố đen nhỏ nhất hiện nay cũng có khối lượng gấp hàng nghìn lần khối lượng Mặt Trời.

Thông thường, trong quá trình mới hình thành các hố đen hút khí và bụi trong vũ trụ và các ngôi sao gần nó để có thể lớn lên. Quá trình này tạo ra một đĩa bồi đắp dần, cung cấp vật chất cho hố đen. Tuy nhiên cũng có phản lực hướng ra trong quá trình này khiến cho việc hấp thụ vật chất từ đĩa bồi đắp diễn ra rất chậm, làm giảm tốc độ phát triển của một hố đen.

Trong khi đó, theo tính toán của các nhà khoa học thì vào khoảng thời gian đầu các hố đen có thể tăng  từ 10 lần khối lượng Mặt Trời lên 10.000 lần khối lượng Mặt Trời chỉ trong 10 triệu năm. Do đó mà nếu chỉ hấp thụ vật chất từ đĩa bồi đắp là không thể nhanh như vậy. Khiên cho các nhà khoa học đặt ra giả thuyết rằng các hố đen không chỉ đứng yên một chỗ mà chúng di chuyển để săn mồi.

Các nhà khoa học tin rằng một hố đen trẻ mới hình thành có hoạt động rất mạnh và nó cũng có quỹ đạo riêng của mình. Chúng di chuyển trong vũ trụ và hấp thụ vật chất từ các ngôi sao mới một cách nhanh chóng. Sau đó chúng sẽ bắt đầu hoạt động chậm lại và theo như tính toán thì giới hạn của một hố đen là 1 tỷ lần khối lượng Mặt Trời. Nhưng hố đen siêu khổng lồ tại trung tâm dải Ngân hà cũng chỉ mới ở mức 4 triệu lần khối lượng Mặt Trời.

Theo listverse

>>Điều gì sẽ xảy ra khi một hố đen xuất hiện gần hệ Mặt trời của chúng ta?