[Sunnata]

Hố Đen

Black Holes

Lỗ đen (hố đen) là gì?

Lỗ đen (hố đen hoặc hốc 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.

Thuyết tương đối rộng tiên đoán một lượng vật chất với khối lượng đủ lớn nằm trong phạm vi đủ nhỏ sẽ làm biến dạng không thời gian để trở thành lỗ đen. Xung quanh lỗ đen là một mặt xác định bởi phương trình toán học gọi là chân trời sự kiện, mà tại đó khi vật chất vượt qua nó sẽ không thể thoát ra ngoài lỗ đen được.

Lỗ đen gọi là "đen" bởi vì nó 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.

Lỗ đen gọi là "đen" bởi vì nó hấp thụ mọi bức xạ và vật chất hút qua chân trời sự kiện.

Lý thuyết trường lượng tử trong không thời gian cong tiên đoán tại chân trời sự kiện lỗ đen có phát ra bức xạ giống như vật đen có nhiệt độ nhất định phát ra bức xạ nhiệt. Nhiệt độ này tỉ lệ nghịch với khối lượng của lỗ đen, khiến cho rất khó quan sát được bức xạ này đối với các lỗ đen có khối lượng sao hay trung bình.

Theo lý thuyết, lỗ đen khối lượng sao hình thành từ sự suy sụp hấp dẫn của những sao có khối lượng rất lớn trong giai đoạn cuối của quá trình tiến hóa. Sau khi hình thành, chúng tiếp tục thu hút vật chất từ môi trường xung quanh, và khối lượng tăng dần lên theo thời gian. Cùng với quá trình hòa trộn và sáp nhập hai hay nhiều lỗ đen mà tồn tại những lỗ đen khổng lồ với khối lượng từ vài triệu cho đến hàng chục tỷ lần khối lượng Mặt Trời. Các dự án khảo sát cho thấy đa phần tại trung tâm thiên hà lớn đều tồn tại ít nhất một lỗ đen khổng lồ.

Mặc dù theo định nghĩa nó là vật thể đen hoàn toàn hay vô hình, sự tồn tại của lỗ đen có thể suy đoán thông qua tương tác của nó với môi trường vật chất xung quanh và bức xạ như ánh sáng. 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.

Nếu có một ngôi sao quay quanh lỗ đen, hình dáng và chu kỳ quỹ đạo của nó cho phép các nhà thiên văn tính ra được khối lượng của lỗ đen và khoảng cách đến nó. Những dữ liệu này giúp họ phân biệt được thiên thể đặc là lỗ đen hay sao neutron... Theo cách này, nhiều lỗ đen được phát hiện ra nằm trong hệ sao đôi, và tại trung tâm Ngân Hà có một lỗ đen khổng lồ với khối lượng xấp xỉ 4,3 triệu lần khối lượng Mặt Trời.

Lý thuyết về lỗ đen, nơi có trường hấp dẫn mạnh tập trung trong vùng không thời gian nhỏ, là một trong số những lý thuyết cần sự tổng hợp của thuyết tương đối tổng quát miêu tả lực hấp dẫn với Mô hình chuẩn của cơ học lượng tử. Và hiện nay, các nhà lý thuyết vẫn đang trên con đường xây dựng thuyết hấp dẫn lượng tử để có thể miêu tả vùng kì dị tại trung tâm lỗ đen.

Sự tồn tại của lỗ đen có thể suy đoán thông qua tương tác của nó với môi trường vật chất xung quanh và bức xạ như ánh sáng.

Sự kiện đo được trực tiếp đầu tiên về sóng hấp dẫn [url=http://khoahoc.tv/song-hap-dan-la-gi-69700][/url]do nhóm LIGO loan báo ngày 11 tháng 2 năm 2016 cũng đã chứng minh trực tiếp sự tồn tại hệ hai lỗ đen khối lượng sao quay quanh nhau và cuối cùng sát nhập để tạo thành một lỗ đen quay khối lượng lớn hơn.

Chân trời sự kiện

Bề mặt biểu kiến của lỗ đen được định nghĩa tại chân trời sự kiện—biên giới trong không thời gian mà khi vượt qua nó vật chất và bức xạ chỉ có thể đi về tâm lỗ đen. Không một thứ gì, ngay cả ánh sáng, có thể từ trong lỗ đen thoát ra ngoài chân trời sự kiện. Chân trời sự kiện được định nghĩa như vậy bởi vì đối với những sự kiện xảy ra bên trong nó, mọi thông tin của sự kiện không thể vượt ra ngoài để đến được một quan sát viên ở xa lỗ đen, khiến cho người đó không thể biết được bên trong nó là như thế nào.

Vùng kì dị

Một đặc điểm của thuyết tương đối tổng quát đó là trong các nghiệm miêu tả lỗ đen, tại trung tâm của nó có một vùng kì dị hấp dẫn, nơi độ cong không thời gian có giá trị vô hạn (hay kì dị độ cong).

Cách gọi điểm kì dị hay vòng tròn kì dị hấp dẫn chỉ là tên gọi cho dễ phổ biến. Chúng thường được biểu diễn trên không gian hai hay ba chiều nhằm dễ hình dung bằng trực giác. Còn thực tế vùng kì dị nằm trong không thời gian bốn chiều, và "điểm kì dị" hấp dẫn không phải là điểm hình học Euclid như định nghĩa của nó.

Theo khoahoc.tv

[Sunnata]

10 sự thật hấp dẫn về lỗ đen 

Bí ẩn về lỗ đen luôn là một trong những đề tài khiến các nhà khoa học, nghiên cứu đau đầu nhưng cũng ham thích nhất.

Một trong những bí ẩn về lỗ đen đã được giải đáp, có ba loại lỗ đen trong vũ trụ: Lỗ đen Stellar, loại lỗ đen nhỏ nhất, lỗ đen Intermediate, đây là lỗ đen cỡ vừa và cuối cùng là các lỗ đen Supermassive siêu lớn, có thể nuốt chửng Mặt trời của chúng ta không gặp bất cứ vấn đề gì. (Nguồn: Lolwot)

Sự xuất hiện của một lỗ đen không thể thực sự quan sát cũng giống như không có gì có thể thoát khỏi vòng xoáy lực hút của nó, lực hấp dẫn của nó là không thể tưởng tượng nổi. (Nguồn: Lolwot)

Trong năm 2015, các nhà khoa học đã phát hiện một âm thanh nhỏ trong không gian và kinh ngạc khi biết rằng tiếng kêu đó phát ra từ sự va chạm của hai lỗ đen, một bằng chứng cho thấy sự tồn tại của "sóng trọng lực".

Càng tiến gần đến một lỗ đen, thời gian thực sự càng trôi chậm lại. Sở dĩ xảy ra hiện tượng thời gian giãn nở này là do ảnh hưởng của lực hấp dẫn. Càng mạnh thì lực hấp dẫn, thời gian chậm trôi qua, lực hấp dẫn càng mạnh, thời gian càng trôi chậm. (Nguồn: Lolwot)

Các nhà khoa học tin rằng ở trung tâm của lỗ đen không gian bị bẻ cong và có những điểm kỳ dị tồn tại. Khi vật chất tiến vào sẽ bị nghiền thành những không gian nhỏ và dày đặc. (Nguồn: Lolwot)

Lỗ đen ở gần chúng ta nhất vẫn chưa được xác định rõ ràng vì chúng thực sự rất khó để xác định và phát hiện. Các nhà nghiên cứu tin rằng, lỗ đen gần chúng ta nhất nằm ở trung tâm của thiên hà Milky Way. (Nguồn: Lolwot)

Lỗ đen hút năng lượng từ môi trường xung quanh, nhưng Stephen Hawking đã chứng minh được rằng lỗ đen cũng phát ra năng lượng thông qua bức xạ xung quanh đường chân trời. (Nguồn: Lolwot)

Các nhà khoa học luôn không ngừng cố gắng để tạo ra một lỗ đen. Về mặt lý thuyết, chúng ta có thể tạo một một lỗ đen siêu nhỏ và vô hại. Nhưng đến nay, đó vẫn chỉ là lý thuyết mà thôi. (Nguồn: Lolwot)

Giống như nước, một lỗ đen sẽ bị bay hơi theo thời gian, có thể thời gian để một lỗ đen bốc hơi hết sẽ mất đến hàng triệu hoặc hàng tỷ năm nhưng nó vẫn bị bốc hơi, do bức xạ. (Nguồn: Lolwot)

Điều gì xảy ra khi bạn rơi vào hố đen?

Theo nhà vật lý thiên văn Sir Martin Rees, cơ thể bạn sẽ bị kéo dài ra không ngừng. Cuối cùng, đến vô tận, cơ thể của bạn sẽ bị nghiền nát thành các hạt hạ nguyên tử. (Nguồn: Lolwot)

Theo Kiến Thức

[Sunnata]

Nếu bạn rớt vào lỗ đen?

Bạn sẽ chết, hẳn là vậy! Người bạn sẽ dài ra như sợi bún rồi bạn sẽ bị thiêu sống thành tro bụi. Song theo Einstein, "cái chết" chỉ là "ảo giác" bên ngoài. Thực tế thì bạn vẫn sống và hoàn toàn bình yên.

Sẽ ra sao nếu bạn rớt vào lỗ đen?

Nếu từng xem qua bộ phim Interstellar (2014) của đạo diễn Christopher Nolan, hẳn bạn sẽ biết đến cảnh cơ trưởng Cooper rơi vào lỗ đen (black hole) Gargantua. Và Cooper hoàn toàn vô sự sau khi băng qua chân trời sự kiện (event horizon). "Hư cấu", bạn có thể sẽ thốt lên khi thấy cảnh đấy. Song theo Einstein, thì chuyện trên là có thể.


Nhưng trước khi đi vào vấn đề chính, bạn có thể biết Interstellar được dựng lên dựa trên những hiểu biết khoa học mới nhất của nhân loại. Phần lớn những cảnh trong bộ phim viễn tưởng này được Nolan vẽ lên nhờ sự tư vấn của các nhà vật lý. Ví dụ, hình ảnh của lỗ đen trong bộ phim không phải là "cái lỗ" như bạn vẫn thấy trong các ảnh mà chúng ta sắp xem dưới đây, mà là một khối cầu. Tại sao? Vì lỗ đen là điểm mà không-thời gian "sụp đổ" thành một điểm duy nhất. Và không gian của chúng ta có 3 chiều nên sự sụp đổ của chúng co lại thành 1 điểm có dạng cầu.

Tuy vậy, trong đa số các ảnh về lỗ đen mà bạn thấy đều thể hiện chúng như các xoáy nước. Lý do là vì không gian trong chúng được thể hiện ở dạng 2 chiều và mô tả như vậy cho người xem dễ hình dung về bản chất lỗ đen - những điểm "hút" mà ngay cả ánh sáng cũng không thoát ra nổi, giống như những con tàu vô tình đi vào các xoáy nước và chìm nghỉm trong đấy. Nếu thể hiện ở khối cầu như Interstellar, rất nhiều người sẽ không hiểu vấn đề. Ở đây, chúng ta cũng dùng hình ảnh xoáy nước để nói về lỗ đen. Dĩ nhiên, không phải mọi thứ trong Interstellar đều có thật và hoàn toàn đúng nhưng Nolan đã cố gắng thể hiện gần nhất những gì mà khoa học hiện đại đang có.

Lỗ đen là một điểm kỳ dị nơi không-thời-gian bị đục thủng

Vậy, nếu bạn rớt vào lỗ đen thì sẽ giống Cooper, hoàn toàn vô sự? Ở mức độ nào đó, thì... có lẽ vậy. Gọi là "có lẽ" vì sự việc được quan sát bởi ai, chính bạn hay người ở bên ngoài lỗ đen. Tuỳ theo góc quan sát mà mọi chuyện sẽ trái ngược nhau hoàn toàn.

Hãy mượn lại hình ảnh của Cooper và Amelia lúc anh rơi vào Gargantua trong khi cô đang ở bên ngoài lỗ đen quan sát mọi chuyện. Mọi thứ sẽ khác biệt tuỳ theo chúng ta ở góc nhìn của Cooper hay Amelia.

Từ Amelia

Khi Cooper bắt đầu tiến sát tới chân trời sự kiện, cô sẽ thấy người anh bị kéo dài ra như sợi bún. Đó là do sự chênh lệch lực hút giữa 2 điểm đầu và cuối của Cooper. Giả định Cooper đưa chân anh vào trước, lực hút của lỗ đen tác dụng lên đó sẽ lớn hơn rất nhiều so với đầu của anh. Thêm vào đó, kích thước của Cooper cũng sẽ nhỏ đi rất nhiều, Amelia cần phải dùng kính lúp hoặc thiên văn để theo dõi sự việc.

Nhưng vấn đề chưa hết. Amelia sẽ cảm thấy những gì cô nhìn được giống như một bộ phim chiếu chậm. Hình ảnh của Cooper đến được với cô sẽ "chậm chạp" hơn. Cũng chính là lực hấp dẫn đã gây ra tình trạng trên. Lỗ đen là vật thể đặc biệt tới nỗi ánh sáng cũng không thoát ra khỏi nó nếu chúng vô tình đi ngang qua chân trời sự kiện. Song ngay cả khi các photon không bị lỗ đen nuốt chửng, tốc độ của chúng cũng giảm đi đáng kể. Đặc biệt khi chúng càng ở gần chân trời sự kiện. Dĩ nhiên để giảm từ 300.000 km/s về zero sẽ là một quá trình diễn ra từ từ từ 250.000... 200.000... 100.000...

Xung quanh lỗ đen là lượng bức xạ khổng lồ

Giả định nếu Cooper có liên lạc với Amelia qua sóng radio (một loại bức xạ điện từ), tốc độ truyền dẫn cũng sẽ giảm từ từ khi anh càng tiến sát chân trời sự kiện hơn. Cô sẽ nhận được những tín hiệu bị kéo dài và chậm dần kiểu như: "Ok.. a... y... T...... ô.............. i..................... đ........ đ.................... đ....................... a........................ à............................. o............................. o................................". Và tại thời điểm Cooper biến mất sau chân trời sự kiện, Amelia sẽ không nhận được bất kỳ tín hiệu nào của anh nữa.

Tuy vậy, trước đó, trước thời điểm mà Cooper lọt qua chân trời sự kiện, Amelia sẽ thấy anh bị đốt thành tro bụi, bởi bức xạ Stephen Hawking. Theo Hawking, như là sự cân bằng giữa môi trường có mật độ vật chất lớn nhất vũ trụ với chân không không có vật chất ở xung quanh đó, lỗ đen sẽ bị mất dần đi khối lượng của nó dưới dạng bức xạ phát ra ở chân trời sự kiện. Và Cooper, trong ánh mắt của Amelia, "chết không kịp ngáp" bởi lượng bức xạ khổng lồ này.

Từ Cooper

Tất cả nhìn có vẻ rất tệ từ phía Amelia (ở bên ngoài lỗ đen). Song từ chính Cooper, mọi thứ ngược lại hoàn toàn. Hoặc theo Albert Einstein, cha đẻ thuyết tương đối, Cooper sẽ hoàn toàn bằng an, anh không bị kéo dài như sợi bún, cũng chẳng bị bức xạ đốt thành tro bụi. Vấn đề duy nhất của Cooper là sau khi lọt qua chân trời sự kiện, anh sẽ chẳng thể liên lạc với Amelia được nữa.

Thế giới dường như tách làm 2 sau khi Cooper bước qua chân trời sự kiện. Thế giới của anh và của Amelia. Trong thế giới của Amelia, anh đã chết. Nhưng trong thế giới của Cooper (trong lỗ đen), anh vẫn sống.

Nhưng đằng sau chân trời sự kiện có thể hoàn toàn tĩnh lặng.

Tuy vậy, đây mới là vấn đề. Theo các nhà vật lý, không-thời-gian trong lỗ đen đổi chỗ nhau so với thế giới bên ngoài của chúng ta. Tức trong lỗ đen chỉ có một chiều không gian duy nhất - chiều hướng tâm. Cooper sẽ chỉ có một hướng di chuyển cũng như sóng radio của anh, nó không thể thoát ra ngoài. Vì vậy kể cả Cooper có còn sống (theo Einstein), anh cũng không có cách nào để nói điều đó cho Amelia và chúng ta biết.

Ngược lại, thời gian trong lỗ đen lại có rất nhiều chiều. Chúng ta chưa rõ những chiều thời gian khác như thế nào, vì thế giới của chúng ta chỉ có một chiều duy nhất hướng đến tương lai. Nhưng có thể một trong những chiều đó là hướng về quá khứ. Nolan đã tận dụng ý tưởng này trong bộ phim của mình. Ông cho phép Cooper có thể nhìn về quá khứ, nhìn lại chính hình ảnh của con gái và bản thân mình nhiều chục năm trở về trước. Thậm chí Nolan còn đẩy mọi thứ đến mức viễn tưởng khi cho phép Cooper (trong lỗ đen) can thiệp vào Cooper (quá khứ) khi gửi toạ độ trung tâm của NASA bằng những dải cát.

Không-thời-gian sau lỗ đen ngược lại hoàn toàn thế giới bên ngoài

Dù vậy, tại khả năng hiện tại của khoa học, chúng ta không nói được ý tưởng của Nolan có chính xác hay không vì nó dẫn tới nhiều nghịch lý. Giả dụ nếu Cooper (trong lỗ đen) không gửi những toạ độ đó về quá khứ, có lẽ giờ đây anh vẫn đã là một ông già tóc bạc phơ chứ không thực hiện chuyến du hành xuyên thiên hà (Interstellar), tức Cooper (trong lỗ đen) sẽ không hề tồn tại.

Làm sao để kiểm chứng?

Có thể Einstein đúng về số phận của Cooper. Nhưng đó chỉ mới là lý thuyết, nó chưa hề được kiểm chứng. Trong thực tế thì Einstein đã từng sai khi tự thêm vào một hằng số vào phương trình về vũ trụ của ông để nó "không giãn nở", mà về sau, ông tự nhận đấy là "sai lầm ngớ ngẩn nhất" của mình. Như vậy, không có gì đảm bảo Einstein không sai thêm lần nữa. Nhưng để biết Einstein đúng hay sai thì... cũng chỉ có thực nghiệm mới khẳng định được!

Nhưng phép thực nghiệm này không chỉ đòi hỏi một ai đó đủ dũng cảm lấy tính mạng của mình ra để kiểm chứng, mà còn yêu cầu một cách thức liên lạc mới hoàn toàn nằm ngoài những gì mà chúng ta đã biết. Phép liên lạc lạ lùng này được biết đến với cái tên "rối lượng tử" (quantum entanglement).

"Rối lượng tử" là một trong những hiện tượng vật lý khó hiểu nhất

Và cơ học lượng tử lại là một sai lầm khác của Einstein. Nhà vật lý nổi tiếng này trên thực tế rất "anti" các lý thuyết lượng tử. Nổi tiếng với câu nói "Chúa không chơi trò xúc xắc" (God doesn't play dice), Einstein cực lực phản đối ý tưởng rằng kết quả quan sát lệ thuộc vào người xem chứ không phải ở bản chất sự việc. Tuy vậy, các thí nghiệm khoa học mới nhất đã kết luận Niels Bohr (cha đẻ thuyết lượng tử) đúng và Einstein sai.

Điều khôi hài là, để biết Einstein có đúng về lỗ đen không, các nhà vật lý vừa đề ra một phép thực nghiệm dựa trên... thuyết lượng tử.

Nhưng tại sao lại cần tới "rối lượng tử"? Như chúng ta đã biết, phép liên lạc dựa trên sóng điện từ (radio, ánh sáng, bức xạ...) đều dựa trên lưới không-thời-gian. Phía sau lỗ đen chỉ có 1 chiều không gian hướng tâm, tức Cooper (nếu còn sống) không thể nào liên lạc với Amelia dựa trên sóng điện từ. Do vậy, Cooper cần dùng một cách khác để cho biết Amelia biết mình còn sống.

Cơ học lượng tử nói rằng bằng một cách nào đó, nếu 2 hạt vật chất bị "rối" (entangled) thông tin với nhau, khi trạng thái của hạt này thay đổi, hạt kia sẽ lập tức "biết" và thay đổi tương ứng bất kể khoảng cách giữa chúng. Lấy ví dụ 2 electron có tổng spin là zero, nếu 1 hạt quay ngược chiều kim đồng hồ, hạt còn lại sẽ quay xuôi chiều để đảm bảo tổng spin của chúng giữ nguyên. Einstein mỉa mai hiện tượng kỳ quái này là "hành vi ma quái ở khoảng cách xa" (spooky action at a distance). Nhưng mặc cho Einstein có phản đối như thế nào, hiện tượng trên vẫn diễn ra.

Bài thí nghiệm laser lượng tử chứng tỏ Einstein đã sai

Dựa trên điều này, các nhà vật lý hiện đại đề ra một giải pháp liên lạc cho Cooper. Ở bên ngoài lỗ đen, Amelia sẽ đặt một máy thu thập thông tin lượng tử mà lỗ đen ấy phát ra. Bất kể là Cooper còn sống hay chỉ là nắm tro tàn, Amelia sẽ đều thu được một mớ dữ liệu A.

Chìa khoá là ở chỗ, A sẽ bị "rối" với dữ liệu mà Cooper để lại. Nếu Cooper chết, nó sẽ tạo ra dữ liệu B. Còn Cooper vẫn sống phía sau lỗ đen, sự hiện diện của anh sẽ tạo ra dữ liệu C. Nhưng A sẽ chỉ "rối" với duy nhất B hoặc C, không tồn tại cả 2 cùng lúc. Khi Amelia giải mã xong gói dữ liệu A, chúng ta sẽ biết thực sự Cooper có còn sống hay không.

Vấn đề duy nhất ở đây, theo lo ngại của các nhà khoa học, liệu Amelia có giải mã được gói dữ liệu A hay không. Dữ liệu lượng tử có thể quá lớn và quá nhiều tham số, các siêu máy tính nhanh nhất mà con người hiện có cũng không đảm bảo có thể giải ngay được. Họ e rằng thời gian cần để ra được đáp án B hoặc C có thể tới hàng tỷ năm. Thậm chí cả khi lỗ đen đã "bốc hơi" hết thành bức xạ, Amelia cũng chưa có được câu trả lời.

Vì thế, lỗ đen, như cái tên của nó, có lẽ là nơi cất giấu bí mật tốt nhất mà khoa học có thể tìm đến.

Cánh cổng du hành không gian

Bạn có lẽ đang hỏi, thực ra biết được Cooper sống hay chết sau khi rơi vào lỗ đen có quan trọng không? Dù sao thì Cooper cũng không thể thoát ra ngoài được, cũng có khác gì đã chết?

Lỗ sâu đục có thể là con đường "tắt" để đến những chân trời mới

Câu trả lời là, lỗ đen (hoặc lỗ sâu đục - wormhole) có thể nắm giữa chìa khoá cho việc du hành vũ trụ. Bạn cũng đã biết, những ngôi sao và hành tinh gần chúng ta nhất cũng cách đây hàng chục năm ánh sáng. Chưa có gì cho thấy nhân loại có thể làm ra được con tàu di chuyển với vận tốc ánh sáng. Thêm vào đó, kể cả có đạt được tới mức đấy, thì việc khám phá những thiên hà cách chúng ta hàng tỷ năm ánh sáng cũng là không thể. Nguồn năng lượng mà hành tinh này có không đủ đáp ứng cho những chuyến du hành xa đến thế.

Và chưa kể vũ trụ đang giãn nở với vận tốc ngày càng nhanh. Trong kịch bản Big Freeze, vũ trụ sẽ giãn nở mãi mãi, những thiên hà chúng ta còn thấy được hôm nay không chắc hậu thế sẽ còn nhìn thấy chúng, mặc dù hình ảnh của chúng đến với chúng ta cũng ở vận tốc ánh sáng.

Nhưng lỗ đen/lỗ sâu đục có thể sẽ giúp nhân loại khám phá vũ trụ nếu Einstein đúng - chúng ta hoàn toàn bình an sau khi rơi vào đấy. Về bản chất thì lỗ sâu đục cũng là lỗ đen, nhưng nó có tới 2 đầu (ra - vào), một đầu chuyên hút vào vật chất còn đầu kia "thải" ra mọi thứ, vào một nơi khác xa xăm trong vũ trụ. Thứ mà Nolan đã mô phỏng cho chúng ta thấy trong Interstellar.

Các lỗ sâu có thể liên kết với nhau như một mạng lưới xe bus không gian

Thử hình dung lỗ đen/lỗ sâu đục như những trạm dừng xe bus mà bạn vẫn sử dụng hàng ngày. Nếu hình ảnh này đúng, việc khám phá vũ trụ xem chừng vẫn còn trong tầm tay của nhân loại.

Vấn đề còn lại duy nhất là, làm sao chúng ta tìm được một lỗ đen hoặc lỗ sâu đục ở đâu đó "gần" đây? Hay lại như Interstellar, một nền văn minh nào đó đã "mở cửa" để "khai sáng" cho nhân loại?

khoahoc.tv

[Sunnata]

Nhà vật lý Hawking: Hố đen có cửa hậu

Theo nhà vật lý Stephen Hawking, hố đen có một cánh cửa đưa vật chất tới một vũ trụ song song chứ không phải bị nuốt chửng như chúng ta tưởng.

Trong buổi hội thảo tại Đại học Havard, Mỹ tối hôm 19/4, nhà vật lý người Anh khẳng định các hố đen có một "cửa hậu" và chúng "không phải là các nhà giam vĩnh cửu như ta lầm tưởng", theo Mirror.

Ông từng công bố điều này khi công bố lý thuyết mới nhất tại hội thảo chuyên ngành ở Stockholm, Thụy Điển vào tháng 8/2015.

Cho đến nay, các "lỗ sâu" (wormhole) vẫn được coi là cánh cửa kết nối với các chiều không gian khác. Người ta cũng cho rằng ở tâm hố đen, hấp dẫn rất lớn sẽ nén toàn bộ vật chất trong đó. Thông tin (như vật chất di truyền ADN) đã đi vào hố đen là không thể thoát ra. Đây là nơi mà các định luật chuẩn của vật lý không thể áp dụng.

Hố đen có thể dẫn đến một thế giới khác. (Ảnh: NASA).

Nhưng theo Hawking, các thông tin này phải thoát đi đâu đó, hoặc sang các chiều không gian mới, hoặc đi theo hố đen rồi thoát ra khi tới rìa bên kia hố đen dưới dạng hình ảnh ba chiều của chính nó.

Đây là nơi mà "bức xạ Hawking" - vật chất ra khỏi hố đen, được đặt theo tên nhà vật lý, kết thúc. Trong một bài viết trên blog, nhà vật lý cho biết "sự tồn tại các lịch sử khác nhau của hố đen cho thấy lý thuyết này có thể đúng".

Các nhà vật lý đã phân loại ba loại hố đen theo kích thước. Loại nhỏ nhất, có kích thước nguyên tử nhưng nặng như một ngọn núi, được cho là hình thành cùng với vũ trụ. Loại thứ hai hình thành khi một ngôi sao lớn sụp đổ lên chính nó, sinh ra siêu tân tinh. Loại thứ ba là các hố đen siêu nặng, có khối lượng tương đương hàng triệu ngôi sao, được cho là hình thành cùng thời điểm hình thành thiên hà.

"Các hố đen cần phải có kích thước lớn, và nếu nó xoay, nó có thể dịch chuyển chúng ta sang một vũ trụ khác. Nhưng bạn không thể trở lại vũ trụ này", theo Hawking.

Giáo sư Hawking muốn thay đổi các định kiến tiêu cực của con người về hố đen. Vào đầu năm 2016, ông còn nêu ý tưởng khai thác năng lượng phục vụ toàn bộ xã hội loài người từ một hố đen có kích thước tương đương một ngọn núi.


23/04/2016

Theo VnExpress

[Sunnata]

Lỗ sâu - hố đen

Chìa khóa giải quyết mâu thuẫn của vật lý hiện đại

Một phương trình mới được tìm ra liên quan đến lỗ sâu có thể giải quyết mâu thuẫn giữa lý thuyết cơ học lượng tử và thuyết tương đối tổng quát của vật lý hiện đại.

Các nhà vật lý lý thuyết tại Đại học Stanford, Anh cho rằng phương trình kết hợp hai lý thuyết này với nhau có thể được tìm thấy trong đường hầm không thời gian vẫn được biết đến với cái tên "lỗ sâu", theo Science Alert.

Phương trình này được viết dưới dạng đơn giản ER = EPR, dựa theo tên viết tắt của một số nhà vật lý lý thuyết nổi tiếng.

ER là viết tắt của Albert Einstein và Nathan Rosen. Họ đã cùng nhau viết một bài báo năm 1935 mô tả về lỗ sâu, được gọi là cầu Einstein-Rosen.

EPR là viết tắt của Einstein, Rosen và Boris Podolsky, đồng tác giả một bài báo khác về vướng víu lượng tử cũng trong năm 1935.

Từ năm 2013, nhà vật lý Leonard Susskind thuộc Đại học Stanford và Juan Maldacena thuộc Viện nghiên cứu tiên tiến tại Princeton cho rằng hai bài báo trên có thể mô tả về cùng một thứ duy nhất mà chưa ai nghiên cứu về lĩnh vực này từng xem xét nó, kể cả Einstein.

Chìa khóa thống nhất hai lý thuyết có thể nằm trong lỗ sâu. (Ảnh: Mopic).

Đầu tiên, hãy xem xét từng vế riêng biệt của phương trình. Theo thuyết tương đối tổng quát của Einstein, lỗ sâu là đường hầm nối giữa hai nơi trong vũ trụ. Nếu rơi vào một đầu của lỗ sâu, gần như ngay lập tức bạn sẽ xuất hiện ở đầu bên kia.

Nhưng không chỉ có thế, lỗ sâu còn là đường nối giữa hai thời điểm trong vũ trụ, nghĩa là bạn sẽ xuất hiện tại đâu đó trong vũ trụ, ở một thời điểm nào đó.

Vướng víu lượng tử, mặt khác, lại mô tả cách mà hai hạt tương tác như thể chúng chia sẻ sự tồn tại, nghĩa là bất cứ cái gì xảy ra với một hạt sẽ tác động ngay lập tức tới hạt kia, dù có thể chúng ở cách nhau khoảng cách tính theo năm ánh sáng.

Trong bài báo mới của mình, Susskind đề xuất một kịch bản, với hai nhân vật tưởng tượng Alice và Bob tham gia trong vướng víu lượng tử. Mỗi người mang một hạt trong cặp hạt, bay theo hai hướng ngược nhau về hai phía của vũ trụ.

Tại mỗi nơi, Alice và Bob đồng thời đập vỡ hai hạt bằng một lực lớn và tạo ra hai hố đen riêng biệt. Khi đó, theo Susskind, hai hố đen này sẽ bị vướng víu lượng tử với nhau, hay nói cách khác là liên kết với nhau thông qua một lỗ sâu khổng lồ.

"Nếu phương trình ER = EPR là đúng, một lỗ sâu sẽ liên kết các lỗ đen đó với nhau, vì thế, có thể mô tả chúng bằng dạng hình học của lỗ sâu", biên tập viên Tom Siegfried của trang Science News cho biết.

"Đáng chú ý hơn là, có khả năng hai hạt hạ nguyên tử vướng lượng tử với nhau có liên kết với nhau theo cách nào đó qua một dạng lỗ sâu lượng tử. Do lỗ sâu là sự biến dạng hình học của không thời gian, được mô tả bằng các phương trình hấp dẫn của Einstein, đồng nhất chúng với vướng víu lượng tử có thể sẽ tạo ra một liên kết giữa hấp dẫn và cơ học lượng tử".

Ngoài Susskind, đầu năm 2016, một nhóm nghiên cứu của Viện công nghệ California, Mỹ, cũng đưa ra giả thuyết tương tự về liên kết giữa sự thay đổi các trạng thái lượng tử với sự cong không thời gian.

Theo nhóm này, mối liên hệ tự nhiên giữa năng lượng và sự cong thời gian ở đây được cho bởi phương trình thuyết tương đối tổng quát của Einstein. Nói cách khác, không khó để có được hấp dẫn bên trong cơ học lượng tử.

Tuy phương trình này còn cần được kiểm chứng, nhưng có thể "cơ học lượng tử và hấp dẫn có mối liên hệ chặt chẽ hơn chúng ta tưởng rất nhiều", Sean Carroll, một thành viên của nhóm nghiên cứu nhận định.


17/09/2016
Khoahoc.tv

[Sunnata]

Săn tìm lỗ sâu 

Đường hầm xuyên không gian và thời gian

Các nhà khoa học đang tìm kiếm lỗ sâu - cách di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng, thậm chí có thể du hành vượt thời gian, nếu nó thực sự tồn tại.

Tìm kiếm lỗ sâu, đường hầm xuyên không gian thời gian

"Lỗ sâu là một đường hầm siêu không gian, giống một cái cổ chai, kết nối giữa hai địa điểm trong vũ trụ của chúng ta, hoặc giữa hai vũ trụ song song – nếu đa vũ trụ có thật, hoặc giữa hai mốc thời gian, cũng có thể là giữa các chiều không gian khác nhau", nhà vật lý Eric Davis trao đổi với Space.

Davis đang nghiên cứu về không – thời gian tại tổ chức Tau Zero. Ông sử dụng các phương trình thuyết tương đối rộng của Einstein để lên ý tưởng thiết kế một lỗ sâu, một thiết bị di chuyển nhanh hơn ánh sáng, có chức năng như cỗ máy thời gian.

Khái niệm lỗ sâu lần đầu tiên được đề cập vào năm 1916, bởi nhà toán học Ludwig Flamm, khi đang xem xét các phương trình thuyết tương đối tổng quát của Einstein, đề cập đến hiện tượng hấp dẫn bẻ cong không – thời gian xung quanh. Mặc dù các đường hầm xuyên không – thời gian này rất có khả năng tồn tại về mặt lý thuyết, các nhà khoa học vẫn đang tranh cãi lỗ sâu có thực sự hình thành trong tự nhiên hay không, theo Kip Thorne, nhà vật lý, giáo sư danh dự tại Viện công nghệ California. Thực tế là cũng chưa có lỗ sâu nào được phát hiện.

Mô phỏng lỗ sâu. (Ảnh minh họa: Live Science).

Thorne và các cộng sự đã chứng minh được rằng, ngay cả khi lỗ sâu thực sự tồn tại, nó cũng sẽ sụp đổ trước khi một vật thể hoặc một người chui qua. Muốn giữ lỗ sâu mở trong thời gian đủ lâu cho việc di chuyển, cần phải có một "giàn giáo" chống đỡ làm bằng vật liệu đặc biệt – vật chất tối, hay năng lượng tối.

"Năng lượng tối là dạng năng lượng với áp lực âm, tạo ra lực hấp dẫn đẩy (hấp dẫn của vật chất bình thường là hút), có thể đẩy không gian trong vũ trụ qua lỗ sâu", Davis cho biết.

Ngoài năng lượng tối, còn một dạng vật chất đặc biệt gọi là vật chất tối, ước tính nhiều gấp 5 lần vật chất thông thường trong vũ trụ. Tuy nhiên, cả vật chất và năng lượng tối đều chưa được phát hiện. Các nhà khoa học mới chỉ khảo sát được các hiệu ứng của chúng lên không gian xung quanh.

Theo Ali Övgün, các lỗ sâu có thể hình thành ở nơi có vật chất tối, như là vùng ngoài của thiên hà chúng ta, Milky Way, hoặc giữa các thiên hà. Ali Övgün hiện đang là nghiên cứu sinh tiến sĩ tại đại học Đông Địa Trung Hải, cộng hòa Cyprus (Síp).

Ông và các cộng sự đã sử dụng các chương trình mô phỏng để chứng minh có lỗ sâu tồn tại trong các vùng dày đặc vật chất tối, như trong các quầng sáng thiên hà, hy vọng các lỗ sâu này sẽ thỏa mãn các yêu cầu vật lý mà các nhà khoa học đặt ra.

"Tuy nhiên, đây mới chỉ là chứng minh về toán học", Ali nói, "tôi hy vọng một ngày nào đó có thể tìm thấy bằng chứng thực nghiệm".

Chui qua hố sâu, điều gì sẽ xảy ra?

"Không có bất kỳ lực nào tác dụng lên tàu vũ trụ hay hành khách trong lỗ sâu. Con tàu chỉ đơn giản di chuyển từ nơi đi tới nơi đến", Davis cho hay. Do các đường hầm này cắt xuyên qua không – thời gian, nên đối với người quan sát bên ngoài, con tàu sẽ di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng. Với người ở trên tàu, họ sẽ không thấy được mình di chuyển nhanh hơn ánh sáng, chỉ có thể biết rằng mình đi giữa hai nơi với một thời gian ngắn hơn rất nhiều cách di chuyển thông thường.

Davis cũng cho rằng, có thể quan sát thấy "hiệu ứng cầu vồng tụ quang" ở phía cuối một lỗ sâu. "Các nhà thiên văn vẫn đang sử dụng kính viễn vọng để tìm kiếm hiệu ứng này trên bầu trời, đây là dấu hiệu của một lỗ sâu".

Hiệu ứng cầu vồng tụ quang ở cuối lỗ sâu. (Ảnh: NASA).

Về vấn đề du hành thời gian qua lỗ sâu, có một số nghịch lý, mà trong đó nổi tiếng nhất là "nghịch lý ông nội " cho  thấy không thể du hành về quá khứ. Nếu một người quay về quá khứ giết chết ông nội mình, người đó sẽ không được sinh ra, và sẽ chẳng có ai quay về quá khứ để giết người ông.

Tuy nhiên, Thorne vẫn đang nghiên cứu chế tạo một cỗ máy thời gian. Theo Davis, công việc của Thorne sẽ mở ra một hướng nghiên cứu mới.

"Một ngành công nghiệp vật lý lý thuyết mới sẽ được mở ra sau đó, với các tiến bộ về kỹ thuật không – thời gian để có thể chế tạo được các cỗ máy thời gian không có nghịch lý", Davis nói.

Tuy nhiên, Davis cũng thừa nhận việc này rất khó. Một hoặc cả hai đầu của đường hầm sẽ phải được tăng tốc tới xấp xỉ tốc độ ánh sáng.

"Rất khó để chế tạo một lỗ sâu vượt thời gian", ông nói. Một số nhà khoa học khác thì lo ngại năng lượng quá lớn của chuyến du hành thời gian sẽ phá hủy đường hầm trước khi được sử dụng. Mặc dù vậy, Davis và những người theo đuổi lỗ sâu vẫn tin tưởng vào khả năng chế tạo được cỗ máy xuyên không trong tương lai.


Khoahoc.tv

[Sunnata]

Liệu hố đen có phải là cánh cổng dẫn tới thế giới khác

Khi bị hút vào hố đen, con người được cho là vẫn có cơ hội mong manh thoát khỏi nó, trở về thế giới của mình hoặc sang một thế giới khác.

Theo Live Science, đó là bởi vì hố đen có thể bẻ cong không gian bên trong nó, đưa những điểm vốn cách xa nhau lại gần hơn. Về mặt lý thuyết, có những cách sau đây để thoát khỏi hố đen.

Thoát khỏi sức hút của hố đen theo thuyết bức xạ Hawking

Điểm đầu tiên phải xác định rằng hố đen không phải là một vùng không gian rỗng, mà là một nơi tập trung lượng vật chất cực lớn tại một khu vực cực kỳ nhỏ bé gọi là "điểm kỳ dị".

Hố đen hút những vật xung quanh. (Ảnh: NASA).

Khi di chuyển lại gần hố đen, vận tốc cần để thoát khỏi trường hấp dẫn của lỗ đen tăng lên. Ở một thời điểm nào đó, vận tốc thoát lớn hơn tốc độ ánh sáng (299.792km/s). Vận tốc này lớn hơn rất nhiều so với vận tốc thoát ly khỏi bề mặt Trái Đất, hay còn gọi là tốc độ vũ trụ cấp hai, khoảng 11,2km/s.

Không gì có thể nhanh hơn ánh sáng nên không gì có thể thoát khỏi hố đen. Tuy nhiên, cũng giống như máy hút bụi hay lỗ thoát nước trong bồn tắm, hố đen không hút tất cả mọi thứ xung quanh nó. Nó chỉ hút những thứ nằm bên trong chân trời sự kiện. Khi càng nhiều vật chất bị hút vào hố đen, bán kính của chân trời sự kiện càng mở rộng. Có thể tưởng tượng rằng hố đen như một quả bóng chỉ cho vật chất đi vào.

Tuy nhiên, điều ẩn trong trong chân trời sự kiện đến nay vẫn còn là một trong những bí ẩn. Phần lớn học giả cho rằng hố đen là một điểm kỳ dị. Tất cả vật chất mà hố đen hút vào sẽ bị nén lại tại một điểm có mật độ bằng vô cùng. Nếu bị rơi vào hố đen, trước tiên cơ thể người sẽ bị kéo dài ra như sợi mì spaghetti (hiệu ứng mì ống), sau đó sẽ tan thành hư vô. Vật chất của con người sẽ hòa vào bán kính chân trời sự kiện, cuối cùng thoát ra ngoài theo lý thuyết bức xạ Hawking.

Giếng trọng lực. (Ảnh: Wikipedia).

Những tính toán của ông hoàng vật lý Stephen Hawking chỉ ra rằng hố đen phát ra photon và do đó, hố đen mất dần khối lượng bởi theo công thức nổi tiếng của Einstein E=mc^2, năng lượng và khối lượng là tương đương. Như vậy theo thời gian, hố đen cũng bốc hơi, nhưng việc này cần một thời gian dài.

Một hố nhỏ với khối lượng bằng khối lượng Mặt Trời cần đến 10 mũ 87 năm để bốc hơi và biến thành một vụ nổ của tia gamma, trong khi tuổi của vũ trụ chỉ có 14 tỷ năm (14 x 10 mũ 9 năm). Tuy nhiên, theo lý thuyết của Hawking, thông tin của một hố đen bị mất không thể phục hồi khi nó bốc hơi, vì thế, thoát khỏi hố đen theo lý thuyết bức xạ Hawking không phải là ý tưởng hay.

Lỗ sâu (wormhole)

Thuyết lực hấp dẫn bẻ cong không gian có thể hình dung như những vết lõm để lại khi một đô vật Nhật Bản lăn trên tấm thảm. Bất kì vật thể nào cũng tạo nên một cái "giếng trọng lực" (gravity well). Giếng sẽ càng sâu khi tiến gần tâm của vật thể. Ví dụ, một hành tinh có giếng trọng lực, nhưng càng tiến về lõi của hành tinh hình cầu, giếng này sẽ ngày càng phẳng ra. Từ đó suy ra, bất kỳ vật thể thông thường nào cũng có một giếng có hình dạng giống như chỗ lõm có chiều sâu hữu hạn.

Hố đen không như những vật thể bình thường, nó bẻ cong không gian càng mạnh. Khi tiến đến điểm kỳ dị ở tâm hố đen, độ cong của không gian là vô cùng. Không gian bị bẻ cong như một cái hố có kích thước nhỏ dần và độ dốc càng lớn, cho đến khi thẳng đứng như một chỗ lõm kéo dài vô hạn. Đó là một bí ẩn.

Các nhà khoa học sử dụng thuyết tương đối của Einstein để mô tả sự bẻ cong không gian, nhưng những phương trình của Einstein bị phá vỡ tại những điểm kỳ dị. Những điểm kỳ dị này rất nhỏ, và ở đó chúng ta phải nhìn thấy những hiệu ứng của cơ học lượng tử. Tuy nhiên, vẫn chưa ai có thể tìm ra cách để làm cơ học lượng tử hoạt động với trọng lực để thấy được hố đen trông như thế nào.

Hố đen không ở trạng thái tĩnh.

Hơn nữa, hố đen không ở trạng thái tĩnh. Bất kì vật thể nào trong không gian cũng có xu hướng quay. Điều đó có nghĩa là nếu điểm kỳ dị quay đủ nhanh, nó có thể có hình dạng một đường cong thay vì một điểm. Một đường cong kỳ dị có thể là một cánh cổng đến các vũ trụ khác như trong tiểu thuyết khoa học viễn tưởng "Ring" của Stephen Baxter, nhà xuất bản HarperCollins. Như vậy hố đen có thể là một lỗ sâu, một cánh cổng xuyên không gian và thời gian.

Tuy nhiên, giả thuyết chiếc nhẫn kỳ dị như một cánh cổng là một điều chưa chắc chắn. Thứ nhất, không ai biết liệu chiếc nhẫn kỳ dị có thực sự tồn tại không. Một vấn đề khác là khi các nhà khoa học cố gắng mô phỏng lỗ sâu tạo từ lỗ đen bằng toán học, họ luôn gặp vấn đề để giữ cánh cổng ổn định.

Những nghiên cứu trước đây của các nhà vật lý lý thuyết chỉ ra rằng khả năng lớn nhất để tạo ra những lỗ sâu là vật chất kỳ lạ (exotic matter), loại vật chất có khối lượng âm. Nhưng vẫn chưa có ý tưởng rõ ràng về điều này.

Cuối cùng, theo nhà vật lý Hawking, chưa ai chứng kiến du hành xuyên thời gian. Vì thế, mọi lý thuyết về hố đen hay lỗ sâu đều mang tính tương đối.

Theo khoahoc.tv

[Sunnata]

Trung tâm dải Ngân Hà

Bức hình này thu được từ kính tiềm vọng khổng lồ đặt tại Nam Phi, mang tên MeerKAT.

Hãy nhìn vào bức hình sau, và thử đoán xem bạn đang được xem cái gì.

Hình ảnh về trung tâm của dải Ngân hà.

Trông giống một ngôi sao đang phát sáng? Ở một góc nhìn khác, nó lại giống ánh đèn lóe lên trong cốc nước thì đúng hơn. Tuy nhiên, cái bạn đang nhìn thực chất là hình ảnh về trung tâm của dải Ngân hà (hay Thiên Hà - Milky Way), và là hình ảnh rõ ràng nhất trong lịch sử khai phá vũ trụ của loài người.

Trái đất thuộc hệ Mặt trời, còn hệ Mặt trời lại là một phần của Dải ngân hà - hay Thiên Hà (Milky Way). Đây có lẽ là kiến thức cơ bản nhất cho bất kỳ ai muốn tìm hiểu về thiên văn vũ trụ. Nhưng thấy được trung tâm của Thiên Hà với góc độ rõ ràng như thế này thì đây là lần đầu tiên.

Bức hình tuyệt vời này được thực hiện nhờ đài quan sát thiên văn vũ trụ radio MeerKAT tại Nam Phi, với hơn 64 đĩa thu sóng trải rộng khắp đất nước. Chúng thu thập các đợt sóng radio trong vũ trụ, và từ đó tái tạo lại hình ảnh của Sagittarius A* - siêu hố đen nằm tại trung tâm Thiên Hà, cách chúng ta 25.000 năm ánh sáng.

Mô phỏng lại hình ảnh Sagittarius A*.

"Đây là một hình ảnh tuyệt đỉnh" - Farhad Yusef-Zadeh từ ĐH Northwestern (Evanston, Illinois) cho biết.

"Hình ảnh của MeerKAT cung cấp là rất rõ ràng. Nó cho thấy rất nhiều đặc điểm chưa từng thấy từ trước đến nay".

Một trong các đặc điểm được nhắc đến là các "sợi tơ" từ trường xuất hiện ngay cạnh hố đen, và không tồn tại ở bất kỳ nơi nào khác trong vũ trụ. Năm 1980, khoa học lần đầu tiên nhận ra sự hiện diện của các sợi tơ này. Nguồn gốc của chúng đến nay vẫn còn là bí ẩn, nhưng có vẻ như sẽ được giải đáp trong nghiên cứu lần này.

Theo các chuyên gia, việc tạo ra hình ảnh này là nhằm thử nghiệm khả năng của MeerKAT. Được biết, đài quan sát này chỉ mới bật toàn bộ 64 đĩa ăng-ten thu sóng trong thời gian gần đây. Mỗi đĩa có đường kính rộng tới 13,5m, cho phép nghiên cứu từng vùng trời khác nhau.

Chùm 64 ăng-ten được hoàn thiện từ tháng 5/2018.

Dĩ nhiên, chẳng ai có thể quan sát được siêu hố đen Sagittarius A* bằng ánh sáng thường, vì ánh sáng không thể thoát ra khỏi hố đen khi đến gần, cộng thêm những đám mây bụi và gas dày đặc bao quanh hố nữa.

Nhưng với các đài quan sát radio (hoặc đài hồng ngoại, đài tia X cũng được), chúng ta có thể xuyên qua đám bụi dày đặc ấy và nhìn qua một chút về những khu vực xung quanh hố đen. Sẽ có một dự án khác sau này, để mô phỏng trực tiếp diện mạo của hố đen khổng lồ này.

Trong bức ảnh, tâm của Thiên Hà cũng chính là trung tâm bức ảnh, xung quanh vùng sáng nhất. Các vùng sáng khác có thể là do một số vụ nổ siêu tân tinh, hoặc vùng một ngôi sao mới đang hình thành.

"Trung tâm của thiên hà là một trong những mục tiêu rất hấp dẫn. Nó đặc biệt, thu hút, và đầy rẫy những hiện tượng chưa thể giải thích" - Fernando Camilo, đội trưởng dự án lắp đặt MeerKAT cho biết.

"Dù đây chỉ là giai đoạn đầu tiên khi MeerKAT hoạt động, nó vẫn mang đến những động thái rất tích cực. Chúng ta sẽ dựa vào nó, và chuẩn bị kinh ngạc với những kết quả kể tiếp đi".

July 19, 2018
Theo khoahoc.tv

[Sunnata]

Hố đen nguyên thủy có thể là lò luyện vàng của vũ trụ

Vàng và các nguyên tố nặng khác có thể hình thành trong quá trình các hố đen nguyên thủy nuốt chửng sao neutron.

Hố đen có thể tham gia quá trình tạo ra vàng và nhiều nguyên tố nặng khác. Ảnh: NASA.

Các nhà nghiên cứu tin rằng vàng và một số nguyên tố nặng khác có thể hình thành do quá trình hố đen nuốt chửng sao neutron từ bên trong, Inside Science hôm 30/8 đưa tin. Điều này cũng giúp giải thích nhiều vấn đề thiên văn hóc búa khác như nguồn gốc của các tia gamma hay chớp sóng vô tuyến bí ẩn.

Ba nguyên tố nhẹ nhất là hydrogen, helium và lithium được tạo ra từ thời kỳ sơ khai của vũ trụ, chỉ khoảng một phút sau vụ nổ Big Bang. Các nguyên tố nặng hơn được hình thành sau đó bằng cách kết hợp hạt nhân nguyên tử của nguyên tố nhẹ với proton và neutron tự do.

Các nhà khoa học cho rằng sự "tổng hợp hạt nhân" này xảy ra dưới điều kiện nhiệt độ và áp lực cực hạn, tồn tại trong lõi sao hoặc những biến động lớn như vụ nổ siêu tân tinh.

"Tìm ra nguồn gốc hình thành những nguyên tố nặng như vàng, bạch kim và uranium là một vấn đề nan giải. Tất cả những gì chúng ta biết là có rất nhiều neutron tham gia quá trình này", đồng tác giả cuộc nghiên cứu, Alexander Kusenko, nhà vật lý lý thuyết tại Đại học California, cho biết.

Điều kiện cực hạn để hình thành những nguyên tố nặng nhất này xuất hiện trong các vụ nổ siêu tân tinh, nhưng chỉ trong những trường hợp cực hiếm. Những giả thuyết về tổng hợp hạt nhân hiện nay lại gặp khó khăn khi giải thích sự dồi dào của các nguyên tố nặng ở một số nơi trong vũ trụ, đặc biệt là thiên hà lùn Reticulum II. 

Theo giả thuyết mới, những nguyên tố nặng nhất vũ trụ có thể hình thành từ quá trình sinh ra hố đen trong vũ trụ nguyên thủy.
Các nhà khoa học cho rằng hố đen thường xuất hiện khi những ngôi sao lớn chết cùng một vụ nổ siêu tân tinh, để lại hố đen có khối lượng tương đương một ngôi sao.

Tuy nhiên, gần 50 năm trước, nhà vật lý nổi tiếng Stephen Hawking đưa ra giả thuyết, những hố đen nhỏ hơn có thể hình thành sau vụ nổ Big Bang chưa đầy một giây, khi những khu vực có mật độ thiên thể lớn của vũ trụ nguyên thủy bị chính trọng lực của chúng hủy diệt.

Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học cho rằng những hố đen nguyên thủy như vậy có thể va chạm với sao neutron – ngôi sao chỉ gồm toàn neutron và đậm đặc đến mức một thìa nhỏ cũng nặng khoảng một tỷ tấn.

Sao neutron với lượng neutron đậm đặc. Ảnh: The Star Garden.

Hố đen nguyên thủy sẽ xuyên xuống lõi sao neutron và nuốt chúng từ bên trong, khiến những ngôi sao này nổ tung. Điều kiện cực hạn trong sao neutron đang chết có thể tạo ra những nguyên tố nặng nhất. "Nếu có đủ nhiều hố đen nguyên thủy, thì đây có thể là nguyên nhân hình thành nên tất cả các nguyên tố nặng", Kusenko nhận định.

Nếu những vụ nổ từ bên trong như vậy xảy ra, chúng có thể trả lời cho nhiều câu hỏi thiên văn học búa khác, theo đồng tác giả cuộc nghiên cứu, Volodymyr Takhistov, nhà vật lý lý thuyết tại Đại học California.

Ví dụ, các nhà nghiên cứu cho rằng những tia gamma bí ẩn phát ra ở trung tâm dải Ngân hà có thể hình thành từ phản vật chất sinh ra từ những vụn phóng xạ khi sao neutron nổ hướng vào trong.

Ngoài ra, giai đoạn cuối khi sao neutron chết có thể tạo ra một số chớp sóng vô tuyến. Chớp sóng vô tuyến được phát hiện gần một thập kỷ trước, mức năng lượng chúng tỏa ra trong một giây còn nhiều hơn năng lượng Mặt Trời tỏa ra trong một tháng. Tuy nhiên, giả thuyết hố đen nguyên thủy có thể khiến sao neutron nổ tung vẫn chỉ là suy đoán, theo nhà vật lý thiên thể lý thuyết Hans-Thomas Janka tại viện vật lý thiên thể Max Planck, Đức. "Chúng ta không biết hố đen nguyên thủy liệu có tồn tại không, có bao nhiêu hố đen ở trung tâm các thiên hà và thiên hà lùn, vật chất sẽ đẩy ra như thế nào nếu những hố đen nguyên thủy bị sao neutron giữ lại".

Những nghiên cứu trong tương lai cần tính toán chi tiết hơn để xem các sao neutron giữ hố đen có thể giải phóng lượng vật chất lớn không, Janka lưu ý. Ông cũng đưa ra một số giả thuyết khác về cách tạo ra lượng lớn các kim loại nặng như sự hợp nhất giữa các sao neutron, hoặc giữa sao neutron và hố đen có khối lượng tương đương một ngôi sao.

Những quan sát mới về sóng hấp dẫn sẽ giúp các nhà khoa học nghiên cứu nhiều dạng khác nhau của các vật thể đặc trong một vài năm tới, theo Joseph Bramante, nhà vật lý lý thuyết tại viện Vật lý Lý thuyết Perimeter, Canada.

Bramante cùng đồng nghiệp, Tim Linden đến từ Đại học Bang Ohio, Columbus đã thực hiện những nghiên cứu cho thấy các hạt vật chất tối, nếu tồn tại, cũng có thể khiến sao neutron nổ hướng vào trong. Bramante hy vọng những quan sát mới sẽ mang lại nhiều thành tựu khi thăm dò các loại hạt vật chất tối và các dạng hố đen nguyên thủy.


Thu Thảo

[Sunnata]

Điều gì xảy ra khi rơi vào lỗ đen vũ trụ

********

********