Vì sao lỗ đen có thể phát sáng?

Lỗ đen là một vùng trong không-thời gian mà trường hấp dẫn ngăn cản mọi thứ, bao gồm cả ánh sáng cũng không thể thoát ra. Nó được mô tả là "đen" bởi vì có khả năng hấp thụ mọi bức xạ và vật chất hút qua chân trời sự kiện, giống như một vật đen tuyệt đối trong nhiệt động lực học; nó cũng không phải là một loại "lỗ" hay "hố" nào mà là vùng không thời gian không để cho một thứ gì thoát ra.

Thực tế cho thấy một số lỗ đen có độ sáng tập trung còn vượt hơn cả toàn bộ những ngôi sao xung quanh chúng, điều này có thể được thấy rõ qua những tấm hình chụp từ kính thiên văn Hubble, vậy vì sao một "thứ" không cho ánh sáng thoát ra lại có thể tỏa sáng như vậy? Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu.

Hình ảnh chụp lỗ đen tháng 8/2011 thông qua kính thiên văn Hubble của NASA.

Khi vật chất co vào một không gian nhỏ đến mức về cơ bản nó trở thành một điểm, lỗ đen "chính thức" diễn ra. Chân trời sự kiện của một lỗ đen là điểm tại đó bất cứ cái gì rơi vào thì không thể thoát ra nữa. Cho dù là ánh sáng cũng bị bắt giữ và lôi tuột vào tâm của lỗ đen, cho nên toàn vũ trụ trở nên tăm tối trong vùng không gian đó.

Nhiều nhà khoa học suy luận ra sự tồn tại của lỗ đen bằng cách khảo sát lực hút hấp dẫn của những ngôi sao ở gần đó, nhưng họ không thể tìm kiếm sự chuyển động của mọi ngôi sao ở mọi nơi. Trong một số trường hợp, cách tốt nhất để tìm một lỗ đen là tìm kiếm những vùng ánh sáng rực rỡ. Thật vậy, khi các nhà khoa học nhìn thấy một điểm cực sáng trong một vùng không gian tương đối nhỏ, thì một trong những suy nghĩ đầu tiên trong đầu họ là họ đang nhìn vào một lỗ đen.

Vật chất rơi vào lỗ đen hình thành lên vùng bồi tụ, ở đây vật chất va chạm và ma sát với nhau, trở thành trạng thái plasma phát ra bức xạ cường độ lớn; khiến môi trường bao quanh lỗ đen trở thành một trong những vật thể sáng nhất trong vũ trụ. Và vì rất nhiều vật chất có thể quay xung quanh một lỗ đen, nên có rất nhiều nhiên liệu để giữ cho nó tỏa sáng. Mặc dù vậy, các lỗ đen không tỏa sáng mãi mãi. Cuối cùng chúng sẽ tối đen, và lúc ấy chúng sẽ to lên. Nhưng tại sao đến chính lỗ đen cũng phát ra ánh sáng chứ không chỉ xung quanh nó?

Hiện tượng có ánh sáng phát ra từ lỗ đen đã được chứng minh là trường hợp nghịch đảo của hiệu ứng Compton, một kết quả nghiên cứu của nhà vật lý Arthur Compton đã giúp ông giành giải Nobel vật lý năm 1927. Theo đó, hạt photon có rất nhiều trong vũ trụ và năng lượng của chúng thì thấp hơi rất nhiều so với vùng quang phổ nhìn thấy được nhưng nếu photon ở gần lỗ đen thì chúng sẽ va chạm với các hạt vật chất (ví dụ như electron) có mặt tại vùng bồi tụ của lỗ đen. Khi đó, năng lượng của electron sẽ truyền qua photon và đẩy mức năng lượng của chúng lên vùng quang phổ nhìn thấy được.

Tham khảo Gizmodo, DailyGalaxy