Mô phỏng lỗ đen uốn cong không thời gian quanh nó, hiện ra nhiều ảnh của cùng một sao cũng như vành Einstein

Hình minh họa một lỗ đen có khối lượng gấp vài lần Mặt Trời cùng với sao gắn bó của nó chuyển động gần nhau đến mức khoảng cách giữa chúng bé hơn hạn chế Roche . Vật chất của người nổi tiếng gần đó bị lỗ đen hút về tạo ra đĩa bồi tụ vật chất. Chùm hạt & bức xạ năng lượng cao phóng ra ở hai cực do ảnh hưởng của sự quay quanh trục & từ trường của lỗ đen.

Lỗ đen, hay hố đen, là vùng không – thời gian có một trường cuốn hút mạnh đến nỗi không có vật chất nói chung chiếm khối lượng & không gian khẳng định hoặc các bức xạ & ánh sáng nào có thể thoát ra ngoài.[4][5][6] 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. Chung quanh lỗ đen là một mặt xác nhận bởi phương trình toán học gọi là chân mây buổi lễ, mà tại đó khi vật chất vượt mặt nó sẽ chẳng thể thoát ra ngoài lỗ đen được. Lỗ đen gọi là “đen” bởi vì nó hấp thụ mọi bức xạ & vật chất hút qua chân mây buổi lễ, 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 đừng để cho một thứ gì thoát ra.[7][8] Lý thuyết trường lượng tử trong không thời gian cong tiên đoán tại chân mây buổi lễ lỗ đen có phát ra bức xạ giống như vật đen có nhiệt độ khẳng định phát ra bức xạ nhiệt. Nhiệt độ này tỉ lệ nghịch với khối lượng của lỗ đen, làm cho rất khó xem xét được bức xạ này so với các lỗ đen có khối lượng sao hay bình quân.

Trong thế kỷ 18, John Michell & Pierre-Simon Laplace từng xét đến vật thể có trường cuốn hút mạnh miêu tả bởi cơ học cổ kính làm cho ánh sáng chẳng thể thoát ra. Lý thuyết hiện đại trước hết về đặc tính của lỗ đen nêu bởi Karl Schwarzschild năm 1916 khi ông tìm thấy nghiệm đúng đắn trước hết cho phương trình trường Einstein,[9] dù rằng ý nghĩa vật lý & cách giải thích về vùng không thời gian mà không thứ gì có thể thoát được do David Finkelstein đặt ra trước hết vào năm 1958.[10] Trong một thời gian dài, các nhà vật lý coi nghiệm Schwarzschild là diễn tả toán học thuần túy. Cho đến thập niên 1960, những tìm hiểu lý thuyết mới nêu ra rằng lỗ đen tạo dựng theo những tiên đoán chặt chẽ của thuyết tương đối tổng quát. Khi các nhà thiên văn học phát xuất hiện các sao neutron, pulsar & Cygnus X-1 – một lỗ đen trong hệ sao đôi, thì những tiên đoán về công cuộc suy sụp cuốn hút trở thành hiện thực, & định nghĩa lỗ đen cùng với các thiên thể đặc chuyển thành lý thuyết diễn tả những thực thể đặc biệt này trong vũ trụ.

Theo lý thuyết, lỗ đen khối lượng sao tạo dựng từ sự suy sụp cuốn hút của những sao có khối lượng rất lớn trong công đoạn cuối của công cuộc tiến hóa. Sau khoảng thời gian tạo dựng, chúng tiếp tục lôi kéo vật chất từ môi trường xoay quang, & khối lượng tăng dần lên theo thời gian. Cùng với công cuộc hòa lẫn & sáp nhập hai hay nhiều lỗ đen mà tồn tại những lỗ đen đồ sộ với khối lượng từ vài triệu cho đến hàng chục tỷ lần khối lượng Mặt Trời. Các dự án thăm dò cho thấy đa số tại trọng điểm thiên hà lớn đều tồn tại ít nhất một lỗ đen đồ sộ.

Mặc dầu theo khái niệm 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 xoay quang & bức xạ như ánh sáng. Vật chất rơi vào lỗ đen tạo dựng lên vùng bồi tụ,[11] ở giai đoạn này vật chất va chạm & ma sát với nhau, trở thành hiện trạng 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 người nổi tiếng quay quanh lỗ đen, kiểu dáng & chu kỳ quỹ đạo của nó cho phép các nhà thiên văn tính ra được khối lượng của lỗ đen & khoảng cách đến nó. Những dữ liệu này giúp họ phân biệt được thiên thể đặc là lỗ đen hay sao neutron… Theo phương pháp này, nhiều lỗ đen được phát xuất hiện nằm trong hệ sao đôi, & tại trọng điểm Ngân Hà có một lỗ đen đồ sộ với khối lượng xấp xỉ 4,4 triệu lần khối lượng Mặt Trời.[12]

Lý thuyết về lỗ đen, nơi có trường cuốn hút mạnh chăm chú trong vùng không thời gian nhỏ, là một trong số những lý thuyết cần sự thống kê của thuyết tương đối tổng quát diễn tả lực cuốn hút với Mô hình chuẩn của cơ học lượng tử. & hiện tại, các nhà lý thuyết vẫn đang trên đoạn đường xây dựng thuyết cuốn hút lượng tử để có thể diễn tả vùng kì dị tại trọng điểm lỗ đen.[13]

Buổi lễ đo được trực tiếp trước hết về sóng cuốn hút do nhóm LIGO đăng báo ngày 11 tháng 2 năm 2016 cũng từng minh chứng trực tiếp sự tồn tại hệ hai lỗ đen khối lượng sao quay quanh nhau & cuối cùng sáp nhập để tạo nên một lỗ đen quay khối lượng to hơn.[14]

Lịch sử tìm hiểu

[

sửa

]

Sáng tạo về một vật thể khối lượng lớn làm cho ánh sáng chẳng thể thoát ra khỏi nó lần trước hết nêu bởi John Michell trong một lá thư gửi tới Henry CavendishHội Hoàng tộc năm 1783:

“Nếu bán kính của một khối cầu với cùng khối lượng như Mặt Trời, nhỏ hơn bán kính của Mặt Trời với tỉ lệ 500 trên 1, một vật rơi từ điểm xa vô cùng về phía nó sẽ thu được vận tốc tại lúc chạm bề mặt khối cầu lớn hơn tốc độ ánh sáng; và giả sử là ánh sáng bị hút với cùng một lực tỉ lệ theo khối lượng quán tính, giống như những vật khác, mọi ánh sáng phát ra từ bề mặt của khối cầu sẽ quay trở lại nó do lực hút hấp dẫn của khối cầu.”

John Michell[15]

Năm 1796, Pierre-Simon Laplace cũng đặt ra ý niệm này trong ấn bản lần đầu tiên & thứ hai của quyển sách (nhưng nó đã bị bỏ đi trong những lần ấn bản sau).[16][17] Những “ngôi sao” tối này sau đó bị bỏ quên vào thế kỷ 19, do chủ yếu các nhà vật lý cho rằng ánh sáng không có khối lượng & chẳng thể bị tác động bởi lực cuốn hút.[18]

Thuyết tương đối rộng

[

sửa

]

Năm 1915, Albert Einstein hoàn thành thuyết tương đối rộng, mà trước đây ông đã tiên đoán được trường cuốn hút làm lệch đường đi của tia sáng. Chỉ hai tháng sau thời điểm thông báo lý thuyết, nhà thiên văn học Karl Schwarzschild tìm ra nghiệm đúng đắn trước hết cho phương trình trường Einstein, nghiệm diễn tả trường cuốn hút cho một khối lượng điểm hoặc khối cầu phân bố đều trong “hệ tọa độ cầu” bốn chiều.[9] Vài tháng sau Schwarzschild, Johannes Droste, lúc này là sinh viên của Hendrik Lorentz, cũng độc lập đề ra nghiệm tương đương cho khối lượng điểm & khảo cứu thêm những thuộc tính của nghiệm này.[19][20] Nghiệm này có một thuộc tính kỳ lạ mà ngày nay gọi là bán kính Schwarzschild, biên cương mà tại đó không thời gian diễn tả bởi tọa độ Schwarzschild trở lên gián đoạn, hay mặt biên này chia hệ tọa độ làm hai vùng biệt lập nhau; & lúc đó các nhà vật lý cho rằng phương trình trường Einstein không diễn tả tốt tại bán kính này. Họ đã không hiểu thấu đáo bản chất của mặt phẳng này khi đó. Năm 1924, Arthur Eddington minh chứng được bán kính này mất hút cũng như không thời gian sẽ vẫn liên tục nếu ông chọn một hệ tọa độ khác (xem hệ tọa độ Eddington–Finkelstein), song song độ cong không thời gian tại bán kính Schwarzschild có giá trị hữu hạn vẫn không đổi giữa các hệ tọa độ. Mặc dầu phải đợi cho đến tận năm 1933, Georges Lemaître mới nhận biết rằng điều này có nghĩa là kỳ dị tại bán kính Schwarzschild là một kỳ dị toán học vô nghĩa vật lý.[21]

Năm 1931, Subrahmanyan Chandrasekhar sử dụng thuyết tương đối hẹp cho chất khí Fermi của vật thể không tự quay – hay ngày nay là sao lùn trắng kết cấu bằng vật chất chống chọi bởi áp suất từ các electron – tính ra được nếu trên một khối lượng xấp xỉ 1,4 khối lượng Mặt Trời (ngày nay gọi là hạn chế Chandrasekhar) thì vật thể sẽ không tồn tại ổn định.[22] Kết quả của ông bị một số nhà vật lý cùng thời phản đối như Eddington & Lev Landau, mà ông nghĩ rằng có một chính sách chưa biết làm dừng công cuộc suy sụp lại.[23] Họ đã đúng một phần: sao lùn trắng có khối lượng hơi to hơn hạn chế Chandrasekhar sẽ suy sụp cuốn hút thành sao neutron,[24] khi proton bị nén cuốn hút mạnh phối hợp với electron thành neutron, mà vật chất neutron có thể ổn định nhờ nguyên lý ngoại trừ Pauli. Nhưng vào năm 1939, Robert Oppenheimer cùng hai người khác minh chứng rằng, với ước tính chặt chẽ hơn sau này, nếu các sao neutron có khối lượng xấp xỉ trên 3 lần khối lượng Mặt Trời (hạn chế Tolman–Oppenheimer–Volkoff) thì chúng cũng chẳng thể tồn tại ổn định & mau chóng suy sụp cuốn hút như Chandrasekhar từng tiên đoán, & họ tổng kết rằng không một định luật vật lý nào có thể ngăn cản những loại sao khối lượng lớn suy sụp cuốn hút.[25][26]

Oppenheimer & cộng sự giải thích kỳ dị tại bán kính Schwarzschild như là một bong bóng với thời gian ngừng lại tại biên này. Quan niệm này chỉ đúng với người xem xét đứng ở bên ngoài bán kính Schwarzschild, nhưng không đúng so với một người rơi qua biên & hướng về tâm lỗ đen. Bởi vì thuộc tính này, các nhà vật lý từng gọi người nổi tiếng suy sụp cuốn hút thành “ngôi sao bị đóng băng”,[27] bởi vì xem xét viên đứng ở xa bên ngoài sẽ thấy hình ảnh của vật rơi vào lỗ đen như dừng lại tại phía ngoài sát biên cương của bán kính Schwarzschild, & nếu vật có phát ra ánh sáng thì ánh sáng đó sẽ dần dần mờ đi rồi tắt hẳn, nhưng mà so với vật thể rơi vào tâm lỗ đen nó sẽ chỉ mất một thời gian hữu hạn để đi ngang qua chân mây buổi lễ.[28][29]

Giai đoạn vàng

[

sửa

]

Năm 1958, David Finkelstein diễn tả mặt phẳng Schwarzschild như một chân mây buổi lễ, “một màng tưởng tượng không phương hướng hoàn hảo: những ảnh hưởng nhân quả chỉ có thể đi qua mặt theo một hướng nhất định”.[30] Đánh giá này không tranh chấp với kết quả của Oppenheimer & cộng sự, nhưng cho phép mở rộng chúng sang ý kiến của xem xét viên đang rơi vào trong lỗ đen. Hệ tọa độ của Finkelstein mở rộng nghiệm Schwarzschild diễn tả những người rơi vào lỗ đen sẽ thấy kết cấu không thời gian thay đổi như vậy nào trong công cuộc rơi xuống. Martin Kruskal ngay sau đó đặt ra phương thức mở rộng đầy đủ hoàn toàn cho nghiệm này.[31]

Những kết quả đó là sự bắt đầu cho “thời kỳ vàng của thuyết tương đối rộng”, do Kip Thorne đặt tên, đánh dấu thời điểm thuyết tương đối tổng quát & vật lý lỗ đen trở thành một trong những hướng tìm hiểu chính của vật lý học hiện đại.[32] Trong thời gian này có thêm sự tìm tòi ra pulsar năm 1967,[33][34] mà sau đó vào năm 1969, Antony Hewish nêu ra đây là những sao neutron quay rất nhanh chóng quanh trục của chúng.[35] Cho đến tận thời điểm đó, các nhà vật lý coi sao neutron, giống như lỗ đen, là những mẫu hình kỳ lạ của thuyết tương đối rộng; nhưng việc phát xuất hiện các pulsar có những thuộc tính vật lý liên quan đến mô hình lý thuyết cũng chứng tỏ những thiên thể đặc thú vị khác phải tạo dựng từ sự suy sụp cuốn hút.

Trong thời gian này, thêm một số nghiệm đúng đắn diễn tả lỗ đen được tìm thấy. Năm 1963, Roy Kerr tìm được nghiệm đúng đắn cho một lỗ đen đứng yên quay quanh trục của nó. Hai năm sau, Ezra Newman tổng quát hóa mêtric Kerr cho lỗ đen quay & đưa điện tích.[36] & những tìm hiểu tiếp sau đó của Werner Israel,[37] Brandon Carter,[38][39] & David Robinson[40] dần đem lại định lý lỗ đen “không có tóc”, phát biểu rằng nghiệm đúng đắn diễn tả lỗ đen đứng yên chỉ cần ba tham số trong mêtric Kerr–Newman; khối lượng, động lượng quay, & điện tích là đủ.[41]

Ban đầu, các nhà vật lý cho rằng những đặc tính kì quái của các mêtric diễn tả lỗ đen là do cách lựa chọn các thuộc tính đối xứng trong công cuộc tìm đáp án cho phương trình trường Einstein, & cho nên miền kì dị hiện ra chỉ đưa tính nhân tạo & không đưa ý nghĩa vật lý trong mọi tình huống. Quan niệm này được các nhà vật lý Vladimir Belinsky, Isaak Khalatnikov, & Evgeny Lifshitz ủng hộ khi họ phấn đấu minh chứng không tồn tại các kì dị trong những tình huống nói chung.[42] Không những thế, vào cuối những năm 1960 Roger Penrose[43] & Stephen Hawking sử dụng kĩ năng toàn cục để minh chứng rằng mọi metric diễn tả lỗ đen đều hiện ra kì dị trong đó.[44]

Những tìm hiểu của James Bardeen, Jacob Bekenstein, Carter, & Hawking trong đầu thập niên 1970 đã khai chào đời nghề nhiệt động lực học lỗ đen.[45] Những định luật này diễn tả các thuộc tính của lỗ đen theo những đặc tính cũng giống như các định luật của nhiệt động lực học bởi liên hệ giữa khối lượng & năng lượng, diện tích chân mây buổi lễ với entropy, & cuốn hút mặt phẳng với nhiệt độ. Vào năm 1974, Hawking hoàn thành các liên hệ này khi minh chứng rằng lý thuyết trường lượng tử trong không thời gian cong tiên đoán các lỗ đen có phát ra các bức xạ – giống như vật đen ở nhiệt độ xác nhận phát ra bức xạ nhiệt – tỷ lệ với cuốn hút mặt phẳng của lỗ đen.[46]

Thuật ngữ “lỗ đen” do nhà vật lý John Wheeler lần trước hết nhắc tới trong một bài giảng năm 1967. Mặc dầu cộng đồng khoa học coi ông là người khai chào đời thuật ngữ này, nhưng ông luôn bảo rằng ông lấy cái tên này từ một người khác gợi ra sáng kiến cho ông. Trước đây, bài báo trước hết sử dụng thuật ngữ lỗ đen trong nội dung của nhà báo Ann Ewing, đề ngày 18 tháng 1 năm 1964, đọc trong hội nghị của Hiệp hội Mỹ vì sự tiến triển khoa học AAAS.[47] Sau khoảng thời gian Wheeler thông dụng thuật ngữ này ra, nó mau chóng được giới khoa học & công chúng sử dụng rộng rãi.

Các thuộc tính & kết cấu

[

sửa

]

M87 có nguồn gốc từ một lỗ đen quay khối lượng 6,6 tỷ lần khối lượng Mặt Trời tại tâm của thiên hà đó.

Luồng hạt & bức xạ dài khoảng 5.000 ly chuyển động nhanh phát ra từ thiên hàcó nguồn gốc từ một lỗ đen quay khối lượng 6,6 tỷ lần khối lượng Mặt Trời tại tâm của thiên hà đó.

Định lý không có tóc phát biểu rằng, lúc đạt đến điều kiện ổn định sau thời điểm tạo dựng, một lỗ đen đứng yên chỉ cần ba tham số vật lý độc lập để diễn tả nó: khối lượng, điện tích, & mô men động lượng.[41][48] Bất kỳ hai lỗ đen nào mà có cùng những thuộc tính vật lý này, hay mỗi cặp ba tham số bằng nhau, thì chẳng thể phân biệt được với nhau theo cơ học cổ kính (hay là phi-lượng tử).

Những thuộc tính này đặc biệt vì một người đứng ở bên ngoài lỗ đen sẽ đo được ba tham số này. Chẳng hạn, một hố đen đưa điện tích sẽ đẩy những lỗ đen khác đưa điện tích cùng dấu khác giống như trong tĩnh điện học cổ kính. Tương đương, tổng khối lượng (theo nghĩa năng lượng + khối lượng), khối lượng ADM, bên trong lỗ đen có thể tìm được bằng cách dùng định luật Gauss cho cuốn hút hoặc xem xét quỹ đạo của các vật thể quay quanh nó.[49] & so với mô men động lượng, một người ở xa có cơ thể định được thông qua hiệu ứng kéo hệ quy chiếu gây bởi sự tự quay của nó (trường cuốn hút từ).[50]

Khi một vật rơi vào lỗ đen, bất kỳ thông tin nào về hình dạng, phân bố điện tích… của vật đó hoàn toàn mất hút so với xem xét viên đứng ở ngoài xa lỗ đen. Thuộc tính của chân mây buổi lễ trong tình huống này như một hệ tiêu tán tương đương với một màng hai chiều, trên đó hình dung tồn tại chất lỏngma sát đưa điện tích & dẫn điện, trong không thời gian bốn chiều—hay mô hình màng về lỗ đen.[51] Đặc tính này khác với các lý thuyết trường khác của vật lý học như trường điện từ cổ kính, mà chúng không có ma sát hay độ dẫn điện ở cấp vi mô, bởi vì chúng tuân theo đối xứng thời gian, trong lúc một vật rơi vào lỗ đen thì chẳng thể cất cánh trở ra được. Bởi vì hiện trạng ổn định sau thời điểm tạo dựng lỗ đen chỉ cần diễn tả bởi ba tham số, không có cách nào để tránh khỏi mất thông tin về những điều kiện ban đầu: trường cuốn hút & điện từ của lỗ đen cho rất ít thông tin về hiện trạng trước khi tạo dựng nó & về những cái rơi vào nó. Chẳng hạn, một vệ tinh nhân tạo hình lập phương rơi vào lỗ đen thì tất cả chúng ta chỉ hiểu rằng, về nguyên lý, lỗ đen tăng thêm khối lượng bằng khối lượng vệ tinh còn chẳng thể hiểu rằng vệ tinh có hình lập phương hay hình trụ tròn. Không những thế, có rất nhiều dạng thông tin vật lý bị mất, những đại lượng chẳng thể đo được bởi một người đứng ở xa bên ngoài chân mây buổi lễ, bao gồm các đại lượng tuân theo định luật bảo toàn, số lượng tử, số baryon & số lepton, số hạt đưa điện tích… Những điều này được phát biểu toán học cụ thể hơn ở nghịch lý thông tin bị mất trong lỗ đen.[52][53]

Thuộc tính vật lý

[

sửa

]

Lỗ đen siêu khối lượng hút vật chất bao quanh nó & chùm tia năng lượng cao phóng ra do hệ lụy của lỗ đen quay quanh trục.

Loại lỗ đen dễ dàng đặc biệt là chỉ có khối lượng mà không có điện tích hay quay quanh trục của nó. Những lỗ đen này được diễn tả bằng mêtric Schwarzschild đưa tên Karl Schwarzschild, người đã tìm thấy đáp án đúng đắn cho phương trình của thuyết tương đối tổng quát năm 1916.[9] Theo định lý Birkhoff, đây là nghiệm diễn tả không thời gian vùng chân không bên ngoài một khối vật chất có dạng đối xứng cầu.[54] Điều này có nghĩa là không có sự độc đáo giữa trường cuốn hút của một lỗ đen với những vật thể khác với bán kính to hơn dạng cầu có cùng khối lượng.[55] Hình ảnh thông dụng trong tri thức đại chúng về một lỗ đen này là nó hút mọi thứ xoay quang về phía chân mây buổi lễ của nó; xa bên ngoài lỗ đen, trường cuốn hút do lỗ đen làm cong không thời gian quanh nó trở lên yếu đi & giống với trường cuốn hút của vật thể cầu cùng khối lượng.[56]

Cũng có những nghiệm tổng quát hơn diễn tả gần với thực tiễn của lỗ đen. Lỗ đen dạng cầu đưa điện tích được diễn tả bởi mêtric Reissner–Nordström, nhưng mà trong vũ trụ chủ yếu các lỗ đen là trung hòa về điện. Lỗ đen đứng yên & quay quanh trục diễn tả theo mêtric Kerr. Mô hình tổng quát nhất cho lỗ đen đứng yên, quay quanh trục & đưa điện tích này là mêtric Kerr–Newman, do Erza Newman tìm thấy.[57]

Trong thuyết tương đối rộng, khối lượng lỗ đen có thể nhận một giá trị dương bất kỳ, nhưng giá trị điện tích & mô men động lượng bị hạn chế theo giá trị khối lượng của nó. Trong nhà cung cấp Planck, tổng điện tích & mô men động lượng toàn phần đáp ứng bất đẳng thức

'”`UNIQ–postMath-00000002-QINU`”‘

Phân loại theo thuộc tính

Không quay ( = 0)

Quay ( ≠ 0)

Trung hòa ( = 0)

Schwarzschild
Kerr

Điện tích ( ≠ 0)

Reissner–Nordström

Kerr–Newman

với là khối lượng lỗ đen. Những lỗ đen có giá trị các tham số đáp ứng dấu bằng của bất đẳng thức gọi là các lỗ đen cực trị. Cũng tồn tại những nghiệm của phương trình trường Einstein vi phạm bất đẳng thức này, nhưng trong nghiệm lại không có một chân mây buổi lễ. Các nhà vật lý lý thuyết gọi những nghiệm đó là kì dị trần trụi, tức là điểm kì dị mà người ở xa bên ngoài chứng kiến được nó hay không bị ngăn cản bởi một chân mây buổi lễ.[58][59] Nhà toán lý Roger Penrose đề ra phỏng đoán kiểm duyệt vũ trụ khi ông nghĩ rằng, ngoài kì dị Big Bang, thì không tồn tại kì dị trần trụi nào hiện ra sau công cuộc suy sụp cuốn hút của vật chất trong vũ trụ.[60][61] Các mô phỏng trên siêu laptop cho kết quả ủng hộ giả thuyết này.[62]

Do cường độ tương đối lớn của lực điện từ, các lỗ đen tạo dựng từ sự suy sụp cuốn hút của các sao sẽ trung hòa về điện. Cũng có lỗ đen sau thời điểm tạo dựng chúng quay rất nhanh chóng quanh trục, một thuộc tính có thể suy ra từ định luật bảo toàn mô men động lượng. Có khả năng trong hệ hai thiên thể, GRS 1915+105 với một nguồn tia X mạnh chứa lỗ đen,[63] mà các nhà thiên văn đo được tốc độ tự quay của nó đạt xấp xỉ giá trị cực đại theo tính toán trên lý thuyết cho một lỗ đen.

Trong vật lý thiên văn, lỗ đen còn được phân loại theo khối lượng của chúng không kể tới hai tham số kia; ngoài cách phân loại theo thuộc tính là khối lượng, mô men động lượng hay điện tích . Kích cỡ của một lỗ đen, như được xác nhận bằng bán kính của chân mây buổi lễ, hay bán kính Schwarzschild, tỉ lệ với khối lượng của nó

'”`UNIQ–postMath-00000003-QINU`”‘

với S là bán kính Schwarzschild & là khối lượng Mặt Trời.[66] Liên hệ này chỉ đúng đúng đắn cho lỗ đen không quay quanh trục & không có điện tích; so với lỗ đen tổng quát nói chung giá trị này có thể lớn gấp 2 lần.

Đến 2013, lỗ đen có khối lượng nhỏ nhất từng đo được là GRO J0422+32 với xấp xỉ 5 M,[67] dù rằng năm 2008 các nhà khoa học NASA thông báo phát hiện thiên thể XTE J1650-500 có khối lượng xấp xỉ 3,8 lần khối lượng Mặt Trời[68] nhưng sau đó các kết quả thống kê lại chứng tỏ nó có khối lượng ít nhất 5-10 khối lượng Mặt Trời.[69] Một số lỗ đen có khối lượng lớn nhất bao gồm: tại trọng điểm thiên hà NGC 1277, cách Trái Đất 220 x 106 ly với giá trị 17 x 109 M;[70] hệ hai lỗ đen OJ 287 có khối lượng lần lượt 100 x 106 & 17 ~ 18 x 109 M nằm cách Trái Đất 3,5 x 109 ly;[71] tại trọng điểm thiên hà NGC 4889 cách Trái Đất 308 x 106 ly với khối lượng 21 x 109 M (với độ bất định 6 ~ 37 x 109 M).[72]

Chân mây buổi lễ

[

sửa

]


Một hạt ở xa bên ngoài lỗ đen có thể chuyển động theo hướng bất kỳ, như minh họa bởi các mũi tên. Nó chỉ bị hạn chế bởi vận tốc ánh sáng.[73]

Càng gần lỗ đen, không thời gian bao quanh nó bị uốn cong mạnh hơn (trổ tài bởi nón ánh sáng theo lưới màu vàng nhạt & xanh nhạt). Khởi đầu có nhiều đường đi của hạt dẫn về lỗ đen hơn các đường di chuyển tự do.[Ct 1]

Bên trong chân mây buổi lễ, mọi đường đi của hạt hướng về tâm lỗ đen & hạt chẳng thể thoát ra được.

Mặt phẳng biểu kiến của lỗ đen được khái niệm tại chân mây buổi lễ—biên cương trong không thời gian mà khi vượt mặt nó vật chất & 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 mây buổi lễ. Chân mây buổi lễ được khái niệm như thế bởi vì so với những buổi lễ xảy ra bên trong nó, mọi thông tin của buổi lễ chẳng thể vượt ra ngoài để đến được một xem xét viên ở xa lỗ đen, làm cho người đó chẳng thể hiểu rằng bên trong nó là như vậy nào.[75]

Thuyết tương đối tổng quát tiên đoán khối lượng làm uốn cong không thời gian làm cho quỹ đạo (hay đường trắc địa) của hạt hoặc của photon bị lệch hướng về phía khối lượng đó.[76] Tại chân mây buổi lễ của lỗ đen, độ cong không thời gian trở lên rất lớn làm cho không một đường nào có thể đi ra khỏi lỗ đen.

So với một người ở rất xa, họ sẽ thấy những đồng hồ càng gần lỗ đen chạy chậm hơn đối với những đồng hồ nằm xa hơn.[77] Do hiệu ứng này, gọi là sự giãn thời gian do cuốn hút, xem xét viên ở xa thấy một vật rơi vào lỗ đen hình như chuyển động chững lại đi khi nó đến gần chân mây buổi lễ, & cần một thời gian vô hạn để đến tới chân mây này.[78] Nếu như vật phát ra ánh sáng xanh, thì xem xét viên ở ngoài sẽ thấy ánh sáng càng đỏ hơn & mờ hơn khi vật tiến đến chân mây buổi lễ, một hiệu ứng mà các nhà vật lý gọi là chuyển dịch đỏ do cuốn hút.[79] Tuy so với người ở xa cứ ngỡ như vật đó rơi đến & đứng yên tại nơi gần biên cương lỗ đen, nhưng so với vật thể nó chỉ cần thời gian hữu hạn để vượt mặt chân mây lỗ đen.[28][29]

Hình dạng của chân mây buổi lễ lỗ đen luôn luôn có dạng xấp xỉ hình cầu.[Ct 2][82] So với lỗ đen đứng yên không quay, biên cương lỗ đen có dạng hình cầu. Nếu lỗ đen đứng yên & quay quanh trục thì nó có dạng hình phỏng cầu & theo các phương trình toán học nó có hai chân mây buổi lễ.[83]

Vùng kì dị

[

sửa

]

Minh họa lỗ sâu đục.

Một đặc tính của thuyết tương đối tổng quát này là trong các nghiệm diễn tả lỗ đen, tại trọng điểm của nó có một vùng kì dị cuốn hút, nơi độ cong không thời gian có giá trị vô hạn (hay kì dị độ cong).[84] So với lỗ đen không quay, vùng này chỉ là 1 điểm r = 0, & so với lỗ đen quay, vùng này tạo dựng lên vòng tròn kì dị nằm trong bề mặt của xích đạo lỗ đen.[85] Trong cả hai trường hợp, vùng kì dị có thể tích bằng không. Các nhà vật lý cũng minh chứng được rằng vùng kì dị chứa toàn thể khối lượng của lỗ đen.[86] Vì vậy có thể coi vùng này có mật độ vật chất lớn vô hạn.

Cách gọi điểm kì dị hay vòng tròn kì dị cuốn hút chỉ là cái tên cho dễ thông dụng. Chúng thường được trình diễn trên không gian hai hay ba chiều nhằm dễ hình dung bằng trực giác. Còn thực tiễn vùng kì dị nằm trong không thời gian bốn chiều, & “điểm kì dị” cuốn hút không phải là điểm hình học Euclid như khái niệm của nó.[87]

Như nghiên cứu ở trên, chân mây buổi lễ là mặt biên trong mêtric miêu tả lỗ đen tại r = rS, & hình như một số giá trị vật lý tại mặt này (như thời gian một vật rơi qua biên cương lỗ đen đo bởi người ở xa) có giá trị vô hạn. Nhưng thực chất nó là một mặt khái niệm bằng thuần túy toán học, hiện ra do việc lựa chọn hệ tọa độ nhằm diễn tả không thời gian & khi lựa chọn hệ tọa độ khác thì giá trị vô hạn mất đi tại mặt này (còn được gọi là kì dị tọa độ).[88] Nhưng so với vùng kì dị cuốn hút thì lại khác, các nhà vật lý chẳng thể loại bỏ nó bằng cách chọn một hệ tọa độ thích hợp nào khác. Những kì dị này hiện ra & là tính chất không tránh khỏi của thuyết tương đối tổng quát, với các mêtric diễn tả lỗ đen hay tại thời điểm khai sinh vũ trụ, kì dị Big Bang.[89]

Một vệ tinh kích cỡ nhỏ đi vào lỗ đen Schwarzschild chẳng thể tránh khỏi chạm vào vùng kì dị một khi nó đã đi qua chân mây buổi lễ. Vệ tinh chỉ có thể làm chậm công cuộc rơi vào đến gần chân mây bằng cách dùng động cơ phản lực, nhưng khi vượt mặt nó thì chẳng thể cứu vãn được.[90] Khi vệ tinh chạm tới điểm kì dị, toàn thể khối lượng của nó sẽ hòa lẫn vào mật độ khối lượng vô hạn của kì dị lỗ đen. Trước khi đến trọng điểm, vật thể sẽ trải qua ảnh hưởng của lực thủy triều lên kết cấu & bị xé tan nát thành những mảnh vụn nhỏ.[91]

Sự hiện ra không tránh khỏi của các vùng kì dị cuốn hút trong mêtric không thời gian của thuyết tương đối rộng ẩn ý lý thuyết chưa hoàn thành ở cấp vi mô.[92] Không những thế, sự mất hiệu lực này có thể đáp ứng được khi tính tới tác động của cơ học lượng tử tại cấp độ vi mô, ở phạm vi mật độ vật chất là rất lớn & 4 tương tác căn bản giữa các hạt chẳng thể bỏ qua được. Cho tới bây giờ, vẫn chưa có một lý thuyết nhất quán nào phối hợp hiệu quả giữa cơ học lượng tử & hiệu ứng cuốn hút thành một lý thuyết hoàn chỉnh, dù rằng nhiều nhà vật lý đã đề ra các mô hình khác về một lý thuyết gọi chung là cuốn hút lượng tử. Họ cũng hi vọng rằng một khi có được lý thuyết này thì những vùng kì dị sẽ mất hút.[93][94] tuy nhiên điểm kì dị của hố đen dẫn vật thể tới một “đường hầm” mà nó sẽ xuyên từ lỗ đen tới lỗ trắng

Mặt cầu photon

[

sửa

]

Mặt cầu photon là biên cương hạn hình cầu mà những photon có hướng của vectơ tốc độ tiếp tuyến với nó sẽ bị bẫy trong một quỹ đạo tròn là đường tròn lớn của mặt cầu. So với lỗ đen không quay, mặt cầu photon có bán kính bằng 1,5 lần bán kính Schwarzschild rS. Trên lý thuyết, photon rơi vào những quỹ đạo này sẽ chuyển động mãi mãi trên đó.[95] Không những thế, về mặt động lực, những quỹ đạo này không ổn định, cho nên bất kỳ một nhiễu loạn nhỏ nào (như các hạt photon tương tác với hạt khác trong công cuộc rơi vào lỗ đen) làm cho hạt hoặc có quỹ đạo hướng thoát ra ngoài hoặc bị hút về phía chân mây buổi lễ.[96][97]

Bên trong mặt cầu photon, chẳng thể tồn tại quỹ đạo tròn cho photon. Nếu chiếu tia sáng ra bên ngoài thì nó vẫn có thể thoát khỏi tác động của lỗ đen, nhưng nếu chiếu ánh sáng về phía lỗ đen thì ánh sáng sẽ bị nó hấp thụ hoàn toàn. Vì vậy nếu một xem xét viên thu được ánh sáng phát ra từ phía trong mặt cầu photon thì chắc rằng nguồn sáng phải nằm bên trong mặt cầu này & vẫn ở phía ngoài chân mây của lỗ đen.[98]

Những sao đặc khác, như sao neutron, về mặt lý thuyết nếu nó đặc & bé hơn nữa, cũng sẽ có một mặt cầu photon bao quanh.[99] Điều đó là do trong thuyết tương đối tổng quát, trường cuốn hút là dấu hiệu sự cong của không thời gian & không lệ thuộc bán kính của vật thể, thành ra bất kỳ một thiên thể nào có bán kính bé hơn 1,5 rS tính theo khối lượng của nó thì sẽ có một mặt cầu photon.[100]

So với lỗ đen quay quanh trục diễn tả bởi mêtric Kerr, tồn tại hai quỹ đạo tròn hạn chế của photon đồng phẳng với bề mặt xích đạo lỗ đen & những quỹ đạo khác không đồng phẳng, không tròn cho phép photon chuyển động bán ổn định trên đó dù rằng những quỹ đạo này cùng thuộc một mặt cầu-hay quỹ đạo cầu.[96][101] So với lỗ đen Kerr, trên bề mặt xích đạo, một quỹ đạo tròn tương ứng với các photon chuyển động theo hướng cùng với chiều quay của lỗ đen & nằm gần lỗ đen hơn, còn vòng tròn kia tương ứng với photon chuyển động theo chiều trái lại & nằm ở xa lỗ đen.[102]

Tuy những quỹ đạo của photon trên mặt cầu đó là không ổn định, chúng vô nghĩa vật nguyên nhân nó chỉ xác nhận ranh giới cuối cùng mà lỗ đen cho phép tia sáng chuyển động tròn quanh nó. Những mặt cầu & quỹ đạo photon này đóng vai trò trọng yếu trong việc tạo dựng hình ảnh quang học của những đĩa vật chất bồi tụ bao quanh lỗ đen.[95][96]

Vùng sản công

[

sửa

]

Minh họa hạn chế tĩnh (vùng sản công màu xám) & chân mây buổi lễ lớp trong & lớp ngoài của một lỗ đen quay. “a” là tham số Spin quay của lỗ đen; với giá trị a nhỏ mặt sản công trở thành một hình ellipsoid, trong lúc với tham số a giá trị lớn dần tới 1, mặt sản công có hình quả bí ngô. Các hệ tọa độ sử dụng ở giai đoạn này là hệ tọa độ Boyer-Lindquist & hệ tọa độ Kerr-Schild. Các trục có nhà cung cấp GM/c². Nếu a=0 cả hai hệ tọa độ cho diễn tả chân mây buổi lễ theo nghiệm Schwarzschild.

Có một vùng không thời gian bao quanh lỗ đen quay mà khi vật nằm trong vùng này nó chẳng thể đứng im được gọi là mặt cầu sản công (ergosphere). Kết quả đó là do tác động của hiệu ứng kéo hệ quy chiếu; thuyết tương đối tổng quát tiên đoán rằng một vật quay quanh trục sẽ “kéo” không thời gian sát bên vật đó. Chính vì như thế bất kỳ vật nào nằm gần khối lượng quay sẽ khởi đầu chuyển động xoay quanh vật trọng điểm theo chiều quay của nó. So với lỗ đen quay quanh trục, hiệu ứng trở lên rất mạnh gần chân mây buổi lễ khiến ngay cả ánh sáng cũng chẳng thể chuyển động ngược với chiều quay của lỗ đen.[103][104]

Vùng sản công của lỗ đen quay hạn chế bởi chân mây buổi lễ (ngoài) & bên trong một hình cầu dẹt tiếp xúc với chân mây buổi lễ tại hai cực (xem hình). Biên phía ngoài này thỉnh thoảng còn được gọi là .

Các vật & bức xạ vẫn có thể thoát ra bên ngoài từ trong vùng sản công, chúng thoát ra theo hướng quay của lỗ đen đòi hỏi ít năng lượng hơn đối với thoát theo hướng trái lại. Thông qua chính sách Penrose, có thể thu năng lượng từ lỗ đen quay bằng cách gửi các vật từ xa bên ngoài vào vùng sản công. Khi vật ở trong vùng này thực hiện một cách nào đó tách nó ra làm hai vật, sao cho một vật rơi vào lỗ đen còn vật kia bắn ra khỏi vùng sản công. Penrose tính toán được khả năng vật bắn ra có năng lượng to hơn vật gửi vào. Năng lượng mang đi này làm lỗ đen quay chững lại lại theo thời gian, & khi nó ngừng quay thì sẽ không tồn tại vùng sản công nữa.[105][106]

Đi vào bên trong lỗ đen & du hành thời gian

[

sửa

]

Minh họa đi vào chân mây lỗ đen.

  • Đọc thêm mô phỏng đi vào lỗ đen tại trang jila.colorado.edu

Mọi thứ rơi qua chân mây lỗ đen vào vùng kì dị đều bị phá hủy hoàn toàn. Nhưng có nhà du hành vũ trụ mạo hiểm khởi đầu tiến gần khảo sát một lỗ đen siêu khối lượng bằng con tàu của mình. Lúc ở xa, người đó & con tàu ở trong hiện trạng không trọng lượng vì lực cuốn hút khá yếu, thân thể anh ta cũng không cảm thấy có lực kéo nào.[107][108]

So với lỗ đen càng lớn, lực thủy triều gần chân mây buổi lễ càng yếu hơn đối với lỗ đen bé hơn. Điều này cho phép con tàu có khả năng tiếp cận biên cương lỗ đen. Giả sử nhà du hành ngồi lái với chân anh ta hướng về lỗ đen. Càng gần biên cương, nhà du hành cảm thấy rõ rệt lực thủy triều ảnh hưởng lên phía chân mạnh hơn đối với phần đầu. Giả sử con tàu & nhà du hành chịu được áp lực & kéo; & đi qua chân mây buổi lễ lỗ đen. Trong con tàu, nơi hệ tọa độ là cục bộ, anh ta sẽ không biết bao giờ hay cảm tưởng gì lúc con tàu đi qua mặt biên này (loại trừ lực thuỷ triều).[107][108]

  • Trong khi đi vào, nếu anh ta nhìn ngược ra phía ngoài vũ trụ, nhà du hành sẽ thấy các người nổi tiếng nằm lệch khỏi địa điểm của chúng, càng vào sâu thì các người nổi tiếng càng sáng hơn & nằm gần nhau hơn. Điều đó là do lỗ đen làm uốn cong không thời gian & hiệu ứng chuyển dịch đỏ do cuốn hút làm bước sóng tia sáng phát ra từ các người nổi tiếng bị hút về lỗ đen chuyển dịch về phía tím nhiều hơn. Khi đã đi qua chân mây, chỉ hết thời gian hữu hạn đo ở trong con tàu, anh ta cùng con tàu sẽ không tránh khỏi bị phá hủy bởi hiệu ứng thủy triều cực mạnh & hòa vào vùng kì dị của lỗ đen.[107][108]
  • Còn so với người ở ngoài xa lỗ đen, thông qua tín hiệu con tàu phát ra (hay hình ảnh của nó), họ sẽ thấy con tàu rơi chững lại về phía chân mây buổi lễ. Tín hiệu thu được sẽ chuyển dần từ bước sóng ngắn sang bước sóng dài hơn hay chuyển dịch đỏ hơn. & hình như phải đợi rất lâu (hầu hết lâu vô hạn, đo bởi đồng hồ nằm rất xa lỗ đen) để thấy con tàu rơi qua biên cương lỗ đen. Người ở xa thu được tín hiệu có bước sóng càng lúc càng dài, đến khi thiết bị của họ không còn khả năng nhận được bước sóng dài đó nữa thì coi như hình ảnh & tín hiệu con tàu đã mất hút.[107][108][109]

Trong trường hợp của lỗ đen tích điện (Reissner–Nordström) hay lỗ đen quay quanh trục (Kerr), khi rơi vào chúng, về lý thuyết có thể tránh được vùng kì dị cuốn hút. Bằng cách mở rộng diễn tả toán học những nghiệm này lên mức tổng quát nhất có thể, các nhà vật lý nhận biết có khả năng một người đi vào những lỗ đen này sẽ thoát sang một vùng không thời gian khác, & hiện thời lỗ đen trở thành một chiếc cổng nối hay là lỗ sâu đục.[110] Không những thế xác suất để du hành sang một vũ trụ khác là rất thấp do chỉ cần một nhiễu loạn nhỏ trong lỗ đen sẽ ngay mau lẹ phá hủy chiếc điểm kết nối này & thay vào đó người đó sẽ rơi trở lại vùng kì dị cuốn hút.[111] Cũng có một khả năng cho phép du hành theo những cung đóng kiểu thời gian (hay là quay ngược trở lại dĩ vãng của chính nhà du hành) xoay quang vòng kì dị của lỗ đen Kerr, nhưng nó lại dẫn theo những vấn đề lý do – kết quả như nghịch lý ông nội (người cháu có khả năng trở về dĩ vãng & tái ngộ ông nội của mình).[112] Các nhà lý thuyết nghĩ rằng chẳng thể tồn tại những khả năng kì quái này một khi tính đến những hiệu ứng lượng tử cho lỗ đen đưa điện tích hoặc quay quanh trục.[113]

Nếu như nhà du hành thay vì đi thẳng vào lỗ đen, anh ta lái con tàu quay quanh nó rất nhiều vòng thì hiệu ứng giãn thời gian do cuốn hút khiến cho thời gian trôi trong con tàu chậm hơn đối với thời gian đo bởi đồng hồ ở rất xa lỗ đen. Sau khoảng thời gian quay đủ nhiều vòng, con tàu rời lỗ đen & trở về nơi khởi hành. Hiện giờ nhà du hành có độ tuổi trẻ hơn nhiều đối với những người tại đây, & coi như anh ta đã du hành đến tương lai của bản thân.[114]

Sự tạo dựng & tiến hóa

[

sửa

]

Các hố đen có thể tạo dựng khi một người nổi tiếng đồ sộ nở rộ ra nhiên liệu hạt nhân & sụp đổ dưới trọng tải riêng của nó. Nếu người nổi tiếng đủ lớn không có lực nào có thể chống lại lực cuốn hút ngày càng tăng, & nó sẽ sụp đổ đến 1 điểm mật độ vô hạn. Trước khi đạt đến công đoạn này, trong phạm vi bán kính khẳng định (chân mây buổi lễ) bản thân ánh sáng trở nên bị mắc kẹt & vật thể trở nên vô hình.[4]

Với những thuộc tính kỳ lạ của lỗ đen như đã nêu, một thắc mắc tự nhiên hiện ra là những thiên thể kì lạ này có tồn tại trong tự nhiên hay chúng chỉ là những nghiệm toán học trong phương trình Einstein. Năm 1939, trong một bài báo của Einstein, ông nghĩ là lỗ đen không tạo dựng trong vũ trụ, với lập luận rằng mô men động lượng quay của các hạt trong công cuộc suy sụp giúp ổn định chúng tại một số bán kính khẳng định.[115][116][117] Nhưng chỉ vài tháng sau, Oppenheimer & đồng nghiệp lần trước hết nêu ra khả năng lỗ đen tạo dựng như vậy nào bằng thuyết tương đối tổng quát.[117] Khi Schwarzschild tìm thấy nghiệm của ông, ban đầu các nhà vật lý cho rằng lỗ đen có thể tồn tại tuân theo các định luật vật lý. Sau đó, trong nhiều năm Einstein & cộng đồng vật lý lại nghĩ nó không tồn tại, chỉ có một số người mới nghiêm túc quan tâm đến thắc mắc về sự tồn tại của thực thể này[118] & cho đến cuối thập niên 1950, họ đã minh chứng được chẳng thể có gì cản trở những người nổi tiếng khối lượng lớn suy sụp trở thành lỗ đen bao bởi chân mây buổi lễ.[119]

Khi chân mây buổi lễ tạo dựng trong công đoạn suy sụp, Penrose minh chứng được là vùng kì dị cuốn hút cũng cần phải tạo dựng ở bên trong nó.[43] Ngay sau đó, Hawking nêu ra rằng các mô hình diễn tả vũ trụ về thời điểm Vụ Nổ Lớn cũng hiện ra những kì dị cuốn hút mà không cần đến dạng vật chất lạ nào (xem định lý kì dị cuốn hút Penrose-Hawking). Mêtric Kerr, định lý “không có tóc” các định luật của nhiệt động học lỗ đen cho thấy các thuộc tính vật lý của lỗ đen là dễ dàng & có thể chớp lấy được, hiện thời các thiên thể đặc từ những đối tượng lý thuyết trở thành nghề tìm hiểu của thiên văn vật lý.[120] Tiến trình căn bản tạo dựng lỗ đen này là sự suy sụp cuốn hút của những thiên thể khối lượng lớn như các người nổi tiếng già…, nhưng cũng có những công cuộc khác dẫn theo tạo dựng lỗ đen. Thông qua xem xét tại bước sóng vô tuyến, hồng ngoại & tia X…trên mặt đất hay từ các đài xem xét vệ tinh đã chứng tỏ là lỗ đen quả thực tồn tại trong vũ trụ.[6]

Suy sụp cuốn hút

[

sửa

]

Mô phỏng công cuộc suy sụp cuốn hút hình do vậy lỗ đen khối lượng sao & sóng cuốn hút.

Minh họa vụ nổ siêu tân tinh từ sao khối lượng lớn tạo dựng lên lỗ đen.

Công đoạn suy sụp cuốn hút hiện ra khi áp suất trong lòng vật thể không còn đủ lớn để chống lại lực hút cuốn hút của chính nó. So với người nổi tiếng, công cuộc này hiện ra hoặc là do nó có quá ít “nhiên liệu” còn sót lại để duy trì nhiệt độ thông qua các phản ứng thống kê hạt nhân sao, hoặc bởi vì người nổi tiếng nhận thêm vật chất từ môi trường hoặc từ sao gắn bó làm cho lực cuốn hút của nó to hơn áp suất trong lòng người nổi tiếng. Trong cả hai trường hợp, áp suất không đủ lớn để ngăn cản sự suy sụp cuốn hút dưới chính khối lượng của nó.[121] Tiến trình suy sụp có thể dừng lại bởi “áp suất lượng tử” của các thành phần hạt vật chất trong người nổi tiếng, tạo dựng lên dạng vật chất với mật độ rất lớn trong nó. Kết quả này đem lại có một số kiểu sao đặc khác nhau. Kiểu sao đặc tạo dựng lệ thuộc vào khối lượng vật chất còn sót lại sao khi những lớp bên ngoài đã bị thổi cất cánh đi, như từ vụ nổ siêu tân tinh hoặc bởi gió sao thổi vật chất vào môi trường liên sao tạo ra tinh vân hành tinh. Vì vậy khối lượng tàn dư thường bé hơn rất nhiều khối lượng của sao gốc—chẳng hạn những thiên thể tàn dư có khối lượng trên 5 lần khối lượng Mặt Trời tạo dựng từ những người nổi tiếng ban đầu có khối lượng trên 20 lần khối lượng Mặt Trời trước khi nó suy sụp cuốn hút.[121]

Nếu khối lượng tàn dư vượt hơn 3–4 khối lượng Mặt Trời (hạn chế Tolman–Oppenheimer–Volkoff[25])—do bởi người nổi tiếng gốc có khối lượng rất lớn hoặc do bởi thiên thể tàn dư tích tụ thêm vật chất thông qua đĩa bồi tụ—thì ngay cả áp suất lượng tử của các hạt neutron (tuân theo nguyên lý ngoại trừ Pauli) là không đủ lớn để ngăn cản lực cuốn hút để tiến tới suy sụp cuốn hút. Không một chính sách nào khác (loại trừ khả năng áp suất gây bởi vật chất quark, xem sao quark) đủ mạnh để ngăn cản sự nổ vào bên trong & thiên thể đặc chẳng thể tránh khỏi tạo dựng lên lỗ đen.[121]

Các nhà vật lý lý thuyết nghĩ rằng các lỗ đen khối lượng sao tạo dựng từ công cuộc suy sụp cuốn hút của các người nổi tiếng gốc khối lượng lớn. Sự tạo dựng sao trong khi vũ trụ còn sơ khai có thể dẫn theo những người nổi tiếng có khối lượng rất lớn, với công đoạn cuối đời của chúng tạo thành những lỗ đen khối lượng cỡ ~102 khối lượng Mặt Trời. Những lỗ đen này có thể là mầm tạo dựng lên lỗ đen siêu khối lượng thường tìm ra tại trọng điểm của các thiên hà.[122]

Trong lúc chủ yếu năng lượng giải phóng trong công cuộc suy sụp cuốn hút phát ra rất nhanh chóng, một người ở xa bên ngoài không thực sự chứng kiến công cuộc này chấm dứt. Ngay cả khi nó chỉ diễn ra trong một thời gian hữu hạn so với hệ quy chiếu của vật chất đang rơi suy sụp, xem xét viên ở xa sẽ thấy vật chất rơi về trọng điểm chững lại & dừng lại ngay trước chân mây buổi lễ, do hiệu ứng “giãn thời gian do hấp dẫn”. Ánh sáng phát ra từ vật chất co sụp càng mất thời gian hơi lâu để đến được vùng bên ngoài, với ánh sáng phát ra ngay trước khi vật chất đi qua chân mây buổi lễ mất khoảng thời gian gần vô hạn để tới được xem xét viên. Vì vậy, người này sẽ chẳng thể chứng kiến tạo dựng chân mây buổi lễ của lỗ đen. Vật chất suy sụp theo thời gian trở lên mờ hơn & bước sóng ánh sáng phát ra chuyển dịch về phía đỏ nhiều hơn & cuối cùng tàn lụi đi, không còn thứ ánh sáng nào nữa.[123]

Lỗ đen nguyên thủy sau Vụ Nổ Lớn

[

sửa

]

Suy sụp cuốn hút đòi hỏi mật độ vật chất lớn. Trong kỷ nguyên giờ đây của vũ trụ những mật độ cao này chỉ tồn tại trong các sao, nhưng vào lúc vũ trụ mới tạo dựng sau Vụ Nổ Lớn mật độ vật chất lúc đó rất cao, với khả năng cho phép tạo dựng các lỗ đen nguyên thủy. Nếu chỉ có mật độ cao không thôi thì chưa đủ để cho phép tạo dựng lỗ đen bởi vì sự phân bố khối lượng đồng đều không khiến vật chất tích tụ lại với nhau. Để những lỗ đen nguyên thủy tạo dựng trong môi trường sóng sánh này, ban đầu cần có sự thăng giáng mật độ cho phép vật chất tích tụ lại với nhau nhờ lực cuốn hút. Các mô hình khác nhau về giai đoạn sơ khai của vũ trụ cho những tiên đoán khác nhau về mức độ thăng giáng này. Một số mô hình tiên đoán các lỗ đen nguyên thủy sẽ tạo dựng, từ cấp độ khối lượng Planck cho đến hàng trăm lần khối lượng Mặt Trời.[124] Lỗ đen nguyên thủy có thể gia nhập vào công cuộc tạo dựng lên lỗ đen khối lượng trung gian & lỗ đen siêu khối lượng.

Tạo dựng từ các hạt va chạm năng lượng cao

[

sửa

]

Máy dò ATLAS của LHC

Ngoài công cuộc suy sụp cuốn hút tạo dựng lên lỗ đen, về nguyên lý thì những va chạm hạt năng lượng cao trong các máy gia tốc cũng có thể tạo dựng lỗ đen khi đạt mật độ cho phép.[125] Cho đến 2013, chưa một buổi lễ nào được công nhận, trực tiếp hay gián tiếp, một lỗ đen siêu nhỏ tạo dựng trong các máy gia tốc hạt.[126] Về mặt lý thuyết, hạn chế khối lượng cho phép tạo dựng lỗ đen siêu nhỏ nằm trong khoảng khối lượng Planck (P = √/ ≈ 1,2 × 1019 ≈ 2,2 × 10−8 kg), nơi các hiệu ứng lượng tử có tác động đáng kể.[127] Hạn chế này cho thấy trong mức hoạt động hiện tại của một số máy gia tốc thì không có khả năng chào đời các lỗ đen siêu nhỏ. Mặt khác, một số lý thuyết về cuốn hút lượng tử cho kết quả khối lượng Planck có thể còn tồn tại giá trị thấp hơn: có mô hình “thế giới brane” tính ra giá trị này bằng 1 TeV/c2.[128][129] Điều này cho phép các lỗ đen vi mô có thể chào đời trong tích tắc tại những va chạm năng lượng cao của LHC tại CERN, hoặc chúng có thể chào đời từ những tia vũ trụ năng lượng cao đi vào bầu khí quyển Trái Đất.[126] Mặc dầu các lý thuyết là rất gợi mở, nhưng một số nhà vật lý không ủng hộ cho khả năng hiện ra các lỗ đen siêu nhỏ trong các máy gia tốc nhân tạo.[130] Ngay cả khi những lỗ đen này tạo dựng, theo lý thuyết chúng sẽ mau chóng bốc hơi với khoảng thời gian 10−25 giây, & không gây tác động đến Trái Đất.[126] Sự tạo dựng lỗ đen vi mô cũng liên quan tới phỏng đoán vòng về chu vi hạn chế của vật thể sau công cuộc va chạm hoặc suy sụp.[62][129]

Lớn mạnh & sáp nhập

[

sửa

]

[71]

Hai lỗ đen trong hệ OJ 287.

Trong thời gian tồn tại của lỗ đen, nó có thể tăng thêm khối lượng bằng công cuộc hút vật chất từ không gian xoay quang vào. Nó sẽ liên tục hấp thụ khí & bụi liên sao từ môi trường xoay quang & cả bức xạ nền vi sóng vũ trụ. Tiến trình hấp thụ khối lượng là một trong những công cuộc căn bản tạo dựng lên lỗ đen siêu khối lượng.[122] & có thể công cuộc này cũng vận dụng cho các lỗ đen khối lượng trung gian nằm ở các cụm sao cầu.[131]

Một chính sách khác này là lỗ đen sáp nhập với các thiên thể khác như sao hay chính lỗ đen. Tiến trình này vô cùng quan trọng vì nó đem lại khả năng giải phù hợp lý vì sao lại có những lỗ đen đồ sộ, mà chúng tạo dựng từ việc sáp nhập nhiều lỗ đen bé hơn.[122] Các lỗ đen khối lượng đồ sộ toạ lạc tâm mỗi thiên hà có thể sáp nhập với nhau trong công đoạn hai thiên hà va chạm & sáp nhập, & công cuộc này có thể xảy ra so với lỗ đen khối lượng trung gian, như Omega Centauri.[132][133]

Tiến trình lôi kéo vật chất về phía lỗ đen sẽ tạo dựng lên một đĩa sáng bồi tụ chứa vật chất hiện trạng plasma nóng hàng triệu độ, & vùng này phát ra nguồn tia X rất mạnh.[134][135] Chớp tia gamma nhận được từ các đài xem xét vệ tinh phát ra từ những nguồn ở rất xa cũng có thể giải thích từ công cuộc sáp nhập hai sao đặc hoặc bởi lỗ đen hút các sao đặc khác. Thông qua nguồn tia X mà các nhà thiên văn có thể nhận thấy ra sự tồn tại của lỗ đen.[11]

Hai lỗ đen quay quanh nhau sẽ phát ra sóng cuốn hút đưa năng lượng của hệ đi. Do mất năng lượng, chúng sẽ có quỹ đạo càng gần nhau hơn, cuối cùng khi hòa nhập lại sẽ tạo dựng một lỗ đen khối lượng to hơn & quay rất nhanh chóng quay trục. Lỗ đen mới có thể bị đẩy ra khỏi vùng của hai lỗ đen ban đầu với tốc độ cỡ 400 km/s, & thậm chí sau thời gian dài nó có thể thoát khỏi thiên hà ban đầu.[136]

Bốc hơi

[

sửa

]

Năm 1974, Hawking minh chứng rằng lỗ đen không hoàn toàn đen mà có phát ra một lượng nhỏ bức xạ nhiệt;[46] một hiệu ứng mà ngày nay gọi là bức xạ Hawking. Bằng cách vận dụng lý thuyết trường lượng tử cho một lỗ đen đứng yên trong không thời gian, ông xác nhận được nó sẽ phát ra các hạt trong phổ bức xạ vật đen tuyệt đối. Từ sau bài báo của Hawking, nhiều người đã công nhận kết quả theo nhiều cách tiếp cận khác nhau.[137] Nếu lý thuyết của Hawking về lỗ đen bức xạ là đúng, thì các lỗ đen sẽ giảm dần khối lượng & bốc hơi sau một thời gian bởi vì chúng mất khối lượng thông qua năng lượng của các hạt phát ra.[46] Nhiệt độ của phổ bức xạ (nhiệt độ Hawking) tỷ lệ với giá trị cuốn hút mặt phẳng của lỗ đen, mà so với lỗ đen Schwarzschild, nhiệt độ tỷ lệ nghịch với khối lượng của nó. Vì vậy, các lỗ đen khối lượng lớn phát ra ít bức xạ hơn đối với lỗ đen khối lượng bé hơn.[138]

Giả sử một lỗ đen có khối lượng bằng khối lượng Mặt Trời thì nó có nhiệt độ Hawking bằng 100 nanokelvin. Giá trị này bé hơn hẳn nhiệt độ 2,7 K của bức xạ nền vi sóng vũ trụ. Cho nên lỗ đen khối lượng sao hay to hơn sẽ nhận thêm khối lượng từ bức xạ nền vũ trụ đối với lượng nhỏ bức xạ Hawking chúng phát ra, & vì thế chúng lớn lên thay vì nhỏ dần đi. Để có nhiệt độ Hawking to hơn 2,7 K (& cho phép bốc hơi), lỗ đen cần có khối lượng bé hơn khối lượng Mặt Trăng. Những lỗ đen này chỉ có đường kính nhỏ hơn 1/10 của milimét.[139]

Lỗ đen càng nhỏ thì hiệu ứng bức xạ càng mạnh. Một lỗ đen có khối lượng bằng người bình bình sẽ ngay mau lẹ bốc hơi. Lỗ đen khối lượng bằng chiếc ô tô có đường kính khoảng 10−24 m bốc hơi xấp xỉ sau 1 nano giây, lúc đó nó sẽ phát sáng gấp 200 lần độ sáng Mặt Trời. Lỗ đen bé hơn có thời gian bốc hơi ngắn hơn nữa; lỗ đen khối lượng 1 TeV/2 chỉ cần ít hơn 10−88 giây để mất hút. So với những lỗ đen vi mô, các nhà khoa học kỳ vọng hiệu ứng cuốn hút lượng tử trở lên đáng kể—dù rằng những tiến triển giờ đây không cho thấy điều này[140]—& trên lý thuyết cho phép những lỗ đen vi mô có thể tồn tại ổn định.[141] Tuy lỗ đen có thể bốc hơi theo lý thuyết, nhưng nó chẳng thể tách thành hai lỗ đen bé hơn, lỗ đen chỉ có thể sáp nhập với nhau.[142]

Xem xét

[

sửa

]

Lỗi Lua trong Mô_đun:Multiple_image tại dòng 301: attempt to concatenate a boolean value.

Theo thuộc tính của lỗ đen, nó không trực tiếp phát ra bất kỳ một tín hiệu nào ngoài giả định bức xạ Hawking; do trong phạm vi thiên văn vật lý bức xạ Hawking là rất yếu, thành ra chẳng thể xem xét thấy bức xạ này từ Trái Đất. Trường hợp ngoại lệ cho bức xạ Hawking này là công đoạn cuối cùng của những lỗ đen nguyên thủy bốc hơi phát ra nó; dù rằng chưa tìm kiếm thành công & điều này đề ra hạn chế cho khả năng tồn tại bức xạ này từ những lỗ đen nguyên thủy.[143] Kính thiên văn không gian tia gamma Fermi của NASA phóng lên 2008 với một trong những mục đích của nó là thu thập những tín hiệu này.[144]

Xem xét thiên văn vật lý về lỗ đen phải dựa theo những xem xét gián tiếp. Sự tồn tại của lỗ đen có thể suy ra từ các tác động cuốn hút của nó với môi trường xoay quang. Một trong số những cuộc thăm dò này là dự án “Kính thiên văn Chân mây buổi lễ” cộng tác giữa các tổ chức quốc tế đang phấn đấu lần trước hết xem xét trực tiếp được vùng bao quanh chân mây buổi lễ của lỗ đen.[145]

Đo sóng cuốn hút từ hai hố đen sáp nhập

[

sửa

]

Mô phỏng chuyển động quỹ đạo xoáy tròn & hợp nhất của hai hố đen tương đương với buổi lễ GW150914.

Ngày 14 tháng 9 năm 2015, hai Trạm xem xét sóng cuốn hút bằng giao thoa kế laser LIGO đã đo được trực tiếp sóng cuốn hút.[14][146] Tín hiệu nhận được khớp với phán đoán bằng lý thuyết & mô phỏng laptop cho sóng cuốn hút phát ra từ sự sáp nhập của hai lỗ đen: một hố đen có khối lượng 36 lần khối lượng Mặt Trời, & hố đen kia có khối lượng 29 lần khối lượng Mặt Trời (đo trong hệ quy chiếu gắn với hệ).[14][147] Xem xét này phân phối chứng cớ rõ ràng nhất cho sự tồn tại của lỗ đen cho tới ngày nay. Chẳng hạn, tín hiệu sóng cuốn hút gợi ra rằng khoảng cách giữa hai vật thể trước va chạm chỉ bằng 350 km (hay gần bằng 4 lần bán kính Schwarzschild tương ứng với khối lượng của vật thể). Hai vật thể này từ đó phải cực kỳ đặc, để lại cách giải phù hợp lý nhất chúng phải thực sự là các hố đen.[14]

Trọng yếu hơn, tín hiệu đo được bởi LIGO cũng nhận được công đoạn sau sáp nhập (ringdown), tín hiệu phát ra từ vật thể đặc mới tạo dựng mau chóng tắt tới hiện trạng dừng (nếu như không phải là lỗ đen, tín hiệu sau va chạm sẽ thăng giáng rất lớn bởi buổi lễ va chạm của hai vật thể có khối lượng cỡ như vậy). Có thể nói, tín hiệu dao động tắt lịm mau chóng sau va chạm là cách trực tiếp nhất để cam đoan này là một lỗ đen.[148] Từ dữ liệu của LIGO, có thể nghiên cứu ra tần số & thời gian tắt của công đoạn ringdown này. Từ tần số & vận tốc biến thiên tần số đo được ở đây, các nhà vật lý tính ra được khối lượng & mô men động lượng của vật thể cuối cùng, mà giá trí tính được khớp một cách độc lập với mô phỏng bằng siêu laptop của buổi lễ va chạm & sáp nhập.[149] Tần số & khoảng thời gian biến thiên của mốt điển hình được xác nhận bởi hình học của mặt cầu photon. Chính vì như thế, xem xét mốt này công nhận sự có mặt của mặt cầu photon, bên cạnh đó nó chẳng thể loại trừ khả năng kỳ lạ khác thay cho hố đen mà vật thể đủ đặc để có một mặt cầu photon.[148]

Xem xét này cũng lần trước hết phân phối chứng cớ thí nghiệm về sự tồn tại của cặp lỗ đen khối lượng sao. Hơn nữa, đây là chứng cớ thực tiễn trước hết về những lỗ đen có khối lượng to hơn 25 lần khối lượng Mặt Trời.[150]

Đĩa bồi tụ vật chất

[

sửa

]

Mô phỏng laptop một lỗ đen hút vật chất từ người nổi tiếng. Chấm xanh là địa điểm của lỗ đen.

Nguồn tia X siêu sáng (chấm lớn phía trên bên trái) phát ra khi lỗ đen phá hủy một sao lùn trắng. Ảnh của kính thiên văn tia X Chandra.

Theo định luật bảo toàn mô men động lượng, khí & bụi rơi vào “giếng hấp dẫn” của vật thể lớn sẽ tạo dựng lên kết cấu dạng đĩa chứa plasma bao quanh vật thể. Plasma tiếp xúc ma sát với nhau do mô men động lượng truyền từ bên ngoài vào, dẫn theo giải phóng năng lượng dưới dạng bức xạ điện từ & làm tăng nhiệt độ của đĩa bồi tụ lên hàng triệu độ.[134][151] Nguồn bức xạ sóng ngắn phát ra từ vùng bồi tụ của sao lùn trắng, sao neutron hoặc lỗ đen cho phép các kính thiên văn phát xuất hiện nguồn này. Tiến trình bồi tụ là một trong những công cuộc sản sinh năng lượng hiệu quả nhất từng được biết; tới khoảng 40% khối lượng nghỉ của vật chất trong đĩa bị thay đổi thành dạng năng lượng bức xạ.[151] (ở các phản ứng thống kê hạt nhân chỉ khoảng 0,7% khối lượng nghỉ giải phóng dưới dạng năng lượng bức xạ.) Trong nhiều trường hợp, đĩa bồi tụ thường đi kèm với chùm tia tương đối tính phát ra dọc hai cực của thiên thể đặc, đưa theo năng lượng với các hạt có tốc độ rất lớn. Các nhà vật lý vẫn chưa hiểu thực sự chính sách tạo dựng những tia này.

Một trong những chính sách lý giải tạo dựng các tia phát ra từ hai cực lỗ đen này là do sự phối hợp giữa vùng sản công & từ trường lỗ đen ảnh hưởng lên các hạt vật chất rơi về lỗ đen, một số rơi qua chân mây buổi lễ, một số vật chất bắn ngược ra bên ngoài tạo ra hai tia đối cực.[152]

Nhiều hiện tượng năng lượng cao trong vũ trụ có nguồn gốc từ đĩa bồi tụ vật chất quanh lỗ đen. Đặc biệt, nhân thiên hà hoạt động hoặc quasar được cho rằng do bức xạ phát ra từ đĩa vật chất bao quanh lỗ đen siêu khối lượng.[64] Tương đương, nguồn tia X trong những hệ sao đôi khởi đầu từ một trong hai thiên thể là sao đặc với đĩa bồi tụ.[64] Một số nguồn tia X siêu sáng có thể là các vùng bồi tụ quanh lỗ đen khối lượng trung gian.[153] Do hiệu ứng lực thủy triều, nhiệt độ trong các đĩa bồi tụ của lỗ đen khối lượng sao to hơn nhiệt độ của đĩa bồi tụ ở lỗ đen siêu khối lượng.[154] Phổ bức xạ mạnh nhất phát ra từ vùng bồi tụ của lỗ đen siêu đồ sộ là miền tử ngoại, trong lúc so với các lỗ đen khối lượng sao là miền tia X. Nhưng mà, độ sáng phát ra từ vùng sát bên quanh lỗ đen siêu khối lượng lại sáng hơn hàng trăm nghìn tỷ lần Mặt Trời, trong lúc so với lỗ đen khối lượng sao là hàng triệu lần độ sáng Mặt Trời.[154]

Nguồn tia X trong hệ sao đôi

[

sửa

]

.

Minh họa mô hình căn bản nhằm xác nhận vận tốc quay của lỗ đen.

Nguồn tia X trong hệ sao đôi thuộc về hệ thống sao đôi với năng lượng phát ra chủ đạo trong phổ của tia X. Chủ yếu những nguồn đó là do một trong những sao đặc bồi tụ vật chất lấy từ sao gắn bó trong hệ. Sự có mặt của những người nổi tiếng gắn bó trong các hệ này cho phép các nhà thiên văn có thời dịp tìm hiểu cụ thể thiên thể đặc trọng điểm & có thể là lỗ đen.[154]

Nếu tín hiệu phát ra thuộc về thiên thể đặc (bỏ qua tín hiệu thuộc về vùng bồi tụ), thì thiên thể này chẳng thể là lỗ đen. Không những thế, nếu thiên thể đặc không phát ra tín hiệu nào, thì vẫn chưa thể ngoại trừ khả năng nó là một sao neutron. Bằng cách tìm hiểu sao gắn bó cho phép đo & tính ra các tham số quỹ đạo của hệ, từ đó các nhà thiên văn có thể tính ra khối lượng của thiên thể đặc. Nếu giá trị này to hơn hạn chế Tolman–Oppenheimer–Volkoff (khối lượng lớn nhất mà một sao neutron có thể đạt được sau công đoạn suy sụp cuốn hút) thì vật thể đặc chẳng thể là sao neutron mà xác suất cao này là một lỗ đen.[64]

Minh họa xung nhịp tia X của hai thiên thể GRS 1915 & IGR J17091, các lỗ đen đang hút khí từ các sao gắn bó.

Khả năng thuyết phục mạnh trước hết về một lỗ đen tồn tại, Cygnus X-1, do nhà thiên văn Charles Thomas Bolton,[155] Louise Webster & Paul Murdin[156] phát hiện nhờ vào phương thức này năm 1972.[157][158] Không những thế, ban đầu có những sai số trong kết quả đo & khối lượng của sao gắn bó có giá trị tương đối lớn.[154] Giờ đây, nhiều ứng cử viên là lỗ đen được tìm ra trong lớp các hệ sao đôi tia X gọi là nguồn chuyển tiếp tia X năng lượng thấp (soft X-ray transients).[64] Trong lớp này, khối lượng của sao gắn bó khá thấp cho phép ước lượng đúng đắn hơn khối lượng của lỗ đen. Hơn nữa, mỗi lần tia X phát ra từ những hệ này chỉ có thời gian trong vài tháng với khoảng chu kỳ 10–50 năm. Trong thời gian nguồn tia X ngừng phát hoặc yếu, vùng bồi tụ trở lên rất mờ cho phép thực hiện xem xét cụ thể về sao gắn bó. Một trong những hệ như vậy là V404 Cyg.

Thời gian ngừng hoạt động

[

sửa

]

Sự mờ nhạt của đĩa trong thời gian nó ngừng hoạt động có thể là lý do luồng vật chất ở vào công đoạn lạnh đi (ADAF). Trong công đoạn này, đa số năng lượng của plasma trong đĩa bị giam cầm xuôi theo luồng hạt hơn là phát ra theo mọi phía. Nếu mô hình đó là đúng, thì đây là một trong những chứng cớ thí nghiệm chứng tỏ tồn tại chân mây buổi lễ.[159] Bởi vì, nếu vật thể ở trọng điểm của đĩa bồi tụ có mặt phẳng rắn, nó sẽ phát ra một lượng lớn bức xạ năng lượng cao khi khí & plasma va đập xuống mặt phẳng của nó, một hiệu ứng đã được xem xét ở sao neutron trong cùng hiện trạng này.[151] (xem mô phỏng nguồn tia X của hai lỗ đen GRS 1915 & IGR J17091 về khoảng thời gian ngừng phát tia X.)

Dao động gần tuần hoàn

[

sửa

]

Hai luồng tia & hạt tốc độ lớn bắn ra từ thiên hà Centaurus A . Ảnh của ESO

Bức xạ tia X từ đĩa bồi tụ thỉnh thoảng lặp lại theo những khoảng gần điều độ trong phổ nhận được. Những tín hiệu này được gọi là dao động gần tuần hoàn & khả năng chúng phát ra từ vùng trong cùng của đĩa bồi tụ (nơi quỹ đạo tròn ổn định của hạt có bán kính nhỏ nhất – quỹ đạo này trong lỗ đen Schwarzschild có giá trị 3rS, to hơn quỹ đạo của photon[160]). Những tần số tia X này có liên hệ với khối lượng của thiên thể đặc & là phương thức khác để xác nhận khối lượng của lỗ đen.[161] (xem mô phỏng nguồn tia X của hai lỗ đen GRS 1915 & IGR J17091 về sự lặp lại gần tuần hoàn của cường độ tia X.)

Nhân thiên hà

[

sửa

]

Các nhà thiên văn học sử dụng thuật ngữ “thiên hà hoạt động” để diễn tả các thiên hà với những đặc thù khác lạ, như vạch quang phổ phát xạ dị thường hay bức xạ vô tuyến mạnh. Những tìm hiểu lý thuyết & xem xét cho thấy sự hoạt động trong các nhân thiên hà có thể giải thích bởi tồn tại các lỗ đen siêu khối lượng. Các mô hình về nhân thiên hà hoạt động (AGN) bao gồm một lỗ đen trọng điểm với khối lượng vài triệu đến hàng tỷ lần khối lượng Mặt Trời; một đĩa bồi tụ gồm khí & bụi liên sao bao quanh; & hai luồng tia tương đối tính phóng ra gần vuông góc với bề mặt đĩa.[162][163]

Các nhà thiên văn nghĩ rằng các lỗ đen đồ sộ sẽ được tìm ra tại trọng điểm thiên hà hoạt động, dù rằng chỉ một số nhân thiên hà đã được tìm hiểu kỹ càng nhằm phát hiện & thống kê khối lượng của lỗ đen nằm ở trọng điểm. Những thiên hà nổi trội với khả năng chứa lỗ đen siêu khối lượng bao gồm thiên hà Andromeda, M32, M87, NGC 3115, NGC 3377, NGC 4258, NGC 4889, NGC 1277, OJ 287, APM08279+5255 & thiên hà Sombrero.[164]

Ngày nay, phần đông cộng đồng thiên văn học đều thừa nhận rằng không những tại các thiên hà hoạt động, mà chủ yếu các thiên hà lớn đều chứa ít nhất một lỗ đen siêu khối lượng.[165] Có một mối liên hệ trong thí nghiệm giữa khối lượng của lỗ đen & tốc độ quay của chỗ phình thiên hà chứa nó, hay liên hệ M-sigma, cho biết mối liên hệ giữa sự tạo dựng của lỗ đen cũng như khối lượng của chúng với công cuộc tiến hóa thiên hà.[166]

[167]

Mô phỏng lỗ đen tại trọng điểm Ngân Hà hút đám khí quay quanh nó.

Chuyển động riêng của các người nổi tiếng quanh Sagittarius A*

[

sửa

]

Giờ đây, có những chứng cớ thuyết phục về một lỗ đen đồ sộ tại trọng điểm của Ngân Hà, thông qua việc tìm hiểu chuyển động riêng của các người nổi tiếng quanh vùng này.[12] Từ năm 1995, các nhà thiên văn thực hiện theo dõi chuyển động của 90 sao trong một vùng gọi là Sagittarius A*. Bằng cách làm khớp số liệu xem xét với các tham số của quỹ đạo Kepler, họ tổng kết vào năm 1998 rằng cần có vật thể khối lượng 2,6 x 106 M nằm trong vùng bán kính 0,02 ly.[168] Sau khoảng thời gian một người nổi tiếng gọi là S2 giải quyết xong một vòng quỹ đạo, những dữ liệu nhận được cho phép các nhà khoa học ước tính khối lượng & phạm vi đúng đắn hơn của vật trọng điểm ở Sagittarius A*. Họ đã tính ra có một thiên thể khối lượng 4,3 x 106 M nằm trong bán kính bé hơn 0,002 ly.[12] Mặc dầu bán kính này vẫn to hơn 3.000 lần bán kính Schwarzschild của lỗ đen cùng khối lượng, nhưng theo thuyết tương đối tổng quát, những thiên thể có khối lượng lớn như thế phải là một lỗ đen, & “không có một cụm sao nào có thể tập trung khối lượng lớn như vậy trong một vùng rất nhỏ”.[168] (khoảng cách từ Mặt Trời đến sao gần nhất Proxima Centauri là 4,24 ly.)

Chớp tia gamma

[

sửa

]

Chớp gamma GRB 110328A trong bước sóng khả kiến.

Chớp tia gamma là một trong những nguồn tia gamma đưa năng lượng lớn nhất trong vũ trụ phát ra từ các thiên hà ở xa.[169] Chính sách giải thích cho những nguồn này có thể bắt đầu từ sự sáp nhập của hai sao neutron, bởi lỗ đen hút sao đặc gắn bó hay bởi vùng bồi tụ quanh lỗ đen,[170][171] hoặc từ sự suy sụp cuốn hút của sao có khối lượng rất lớn trong vụ nổ siêu tân tinh.[172]

Chủ yếu các chớp có thời gian ghi thu được to hơn khoảng 2 giây & phân loại vào nhóm chớp tia gamma kéo dài, & khoảng 30% các xem xét là những chớp diễn ra ngắn hơn 2 giây hay chớp tia gamma ngắn.[169] Chớp tia gamma kéo dài có nguồn gốc từ công cuộc suy sụp cuốn hút của sao khối lượng rất lớn, như các sao đồ sộ xanh trong các vùng sản sinh sao.[172] Đặc biệt, một trong những chớp gamma có năng lượng lớn nhất, GRB 110328A, kéo dài tới hàng tháng nằm ở một thiên hà cách xa 3,8 tỷ năm ánh sáng có thể là do một lỗ đen siêu khối lượng xé tan & hấp thụ dần một sao lùn trắng quay gần nó.[173]

Dựa trên thuộc tính của chớp gamma như thời gian xảy ra, năng lượng phát ra & biểu đồ cường độ nhận được mà có thể suy đoán ra nguồn gốc những chớp này từ những chùm tia tương đối tính phát ra từ lỗ đen, hay từ công cuộc tạo dựng lên lỗ đen hoặc sự sáp nhập từ hai sao neutron.[169][171][172]

Hiệu ứng của trường cuốn hút mạnh

[

sửa

]

Mô phỏng lỗ đen bẻ cong ánh sáng phát ra từ Ngân Hà ở phía sau nó. Đọc thêm tại đây

Một thuộc tính khác của lỗ đen đối với các thiên thể đặc cho phép phát hiện sự tồn tại của nó, này là hiệu ứng của trường cuốn hút ảnh hưởng mạnh hơn lên không thời gian bao quanh nó. Một trong những hiệu ứng đó là thấu kính cuốn hút: Một vật thể lớn uốn cong không thời gian bao quanh nó làm cho các tia sáng bị lệch đường đi giống như ảnh hưởng của các thấu kính quang học. Giờ đây đã có một số dự án thăm dò phát hiện hiệu ứng thấu kính cuốn hút yếu, trong đó tia sáng chỉ bị lệch vài giây cung. Nhưng mà, cho đến nay chưa thể chụp hình được trực tiếp hiệu ứng này so với lỗ đen.[174] Một cách khác để xem xét hiệu ứng thấu kính cuốn hút là thông qua ánh sáng phát ra từ những người nổi tiếng quay quanh lỗ đen. Hiện tại các nhà thiên văn đang thực hiện xem xét thuộc tính này so với các sao quay trong vùng Sagittarius A*, dù rằng hiệu ứng là rất nhỏ.[174]

Mẹo quan trắc trực tiếp khác này là phát hiện sóng cuốn hút phát ra từ hệ chứa lỗ đen, chẳng hạn như các thiên thể đặc quay quanh nó & cuối cùng bị hút về phía lỗ đen. Bằng cách làm thích hợp dữ liệu quan trắc đối với tiên đoán của thuyết tương đối tổng quát cho phép tính ra đúng đắn khối lượng & mô men động lượng của vật thể trọng điểm, cũng như thực hiện cùng lúc việc kiểm nghiệm thuyết tương đối rộng trong trường cuốn hút mạnh.[175] Sóng cuốn hút đã được đo trực tiếp phát ra từ hệ hai lỗ đen khối lượng sao do đài quan trắc LIGO nhận được vào ngày 14 tháng 9 năm 2015. Nhóm Cộng tác Khoa học LIGO đã không tìm ra sự sai khác trong phạm vi sai số đo đạc giữa những tiên đoán của thuyết tương đối rộng & kết quả đo được từ buổi lễ GW150914.[149] ESA đang có kế sách xây dựng ăng ten giao thoa kế eLISA trên vũ trụ nhằm phát hiện trực tiếp sóng cuốn hút ở những tần số thấp hơn đối với các thiết bị mặt đất…

Khả năng khác

[

sửa

]

Tổng kết tồn tại lỗ đen khối lượng sao dựa theo tính toán lý thuyết về hạn chế trên của khối lượng sao neutron. Giá trị đó lại lệ thuộc vào giả thuyết về thuộc tính của vật chất trong hiện trạng mật độ cao. Vì vậy, những pha mới ngoại lai của vật chất cho phép khối lượng hạn chế cao hơn ở các sao đặc.[64] Một trong số đó gồm sao quark với lõi chứa các hạt quark “tự do” ở mật độ rất cao,[176] hay các mô hình siêu đối xứng trong vật lý hạt tiên đoán sự tồn tại của loại sao Q.[177] Một số lý thuyết mở rộng của Mô hình chuẩn với giả sử các hạt preon cấu thành lên hạt quark & lepton, & dẫn theo giả thuyết tồn tại sao preon với khối lượng cao hơn hẳn sao neutron.[178] Những mô hình này có khả năng giải thích thay thế cho lỗ đen khối lượng sao ở một số quan trắc về các thiên thể đặc trong vũ trụ. Không những thế, theo minh chứng từ thuyết tương đối rộng thì loại sao nào cũng có hạn chế khối lượng trên, & chính vì thế các mô hình đều dẫn tới sự tạo dựng lỗ đen.[64]

Vì mật độ bình quân khối lượng của lỗ đen bên trong bán kính Schwarzschild tỉ lệ nghịch với bình phương khối lượng của nó, các lỗ đen siêu đồ sộ có mật độ bình quân bé hơn của lỗ đen khối lượng sao (mật độ bình quân của lỗ đen cỡ 108 M gần bằng khối lượng riêng của nước).[64] Hệ lụy là, có những mô hình thay thế khác được đề ra, dù rằng mô hình lỗ đen siêu khối lượng thích hợp gần với các xem xét thiên văn vật lý. Chẳng hạn, một khối lượng lớn chăm chú trong vùng không gian nhỏ được giải thích bằng việc mô hình hóa một đám lớn các vật thể tối chăm chú quanh nhau. Không những thế, mô hình này không ổn định về mặt động lực học để thay thế cho khả năng vùng đó chứa một lỗ đen siêu khối lượng.[64]

Sự tồn tại của các lỗ đen khối lượng sao & đồ sộ trong vũ trụ ẩn ý thuyết tương đối tổng quát không diễn tả tốt hiện trạng & bản chất của kì dị cuốn hút trong lỗ đen, & có vẻ do lý thuyết lỗ đen chưa phối hợp được với thuộc tính của cơ học lượng tử. Lý thuyết về cuốn hút lượng tử có thể sẽ loại bỏ được những vùng kì dị hay chân mây buổi lễ & cho nên theo khái niệm sẽ không có lỗ đen nữa.[179] Dựa vào tính toán trong những tình huống rõ ràng của lý thuyết dây, cho kết quả lỗ đen đơn lẻ không còn chứa biên chân mây hay kì dị cuốn hút, nhưng so với xem xét viên thuộc diễn tả của vật lý phi lượng tử, trên bình quân, họ vẫn trông thấy những thuộc tính này giống như trong diễn tả của thuyết tương đối rộng.[180]

Những vấn đề lý thuyết

[

sửa

]

Ngoài một số mục tiêu như diễn tả vùng kì dị cuốn hút bằng thuyết cuốn hút lượng tử cũng như minh chứng hay bác bỏ giả thuyết kiểm duyệt vũ trụ của Penrose, có những vấn đề lý thuyết liên quan đến lỗ đen như sau.

Phỏng đoán vòng

[

sửa

]

Năm 1972, Thorne đặt ra phỏng đoán vòng (hoop conjecture), rằng khi nén một vật xuống kích thước bé hơn một chu vi hạn chế theo mọi hướng thì nó sẽ tạo dựng lên lỗ đen. Chu vi hạn chế này thường là vòng tròn có bán kính Schwarzschild liên hệ với khối lượng của vật.

Phỏng đoán vòng có một số góc cạnh khi xét vật thể trong không gian nhiều chiều & có khả năng liên quan đến phỏng đoán kiểm duyệt vũ trụ về kì dị cuốn hút trần trụi cũng như công cuộc tạo dựng lỗ đen vi mô.[62]

Năm 1971, Hawking minh chứng dưới những điều kiện chung[Ct 3] tổng diện tích của chân mây buổi lễ của bất kỳ một lỗ đen cổ kính nào chẳng thể giảm, ngay cả khi chúng sáp nhập hoặc va chạm.[181] Kết quả này, ngày nay gọi là định luật 2 của cơ học lỗ đen, rất giống với định luật hai của nhiệt động lực học, bảo rằng tổng entropy của một hệ không khi nào giảm. & như một vật thể trong vật lý cổ kính tại độ không tuyệt đối, tương ứng với lỗ đen có entropy bằng 0. Nếu có một lỗ đen mà entropy bằng 0, định luật hai của nhiệt động lực học sẽ bị vi phạm khi vật chất có entropy từ bên ngoài rơi vào lỗ đen này, làm cho tổng entropy của toàn thể vũ trụ giảm đi. Vì vậy, Bekenstein đề nghị lỗ đen cần có entropy – cũng như nhiệt độ khác 0, & giá trị này tỷ lệ với diện tích chân mây buổi lễ.[182]

Sự link với nhiệt động học được củng cố thêm khi Hawking tìm tòi ra lý thuyết trường lượng tử trong không thời gian cong tiên đoán lỗ đen phát ra bức xạ tại nhiệt độ khẳng định giống như bức xạ của vật đen tuyệt đối. Hình như điều này vi phạm định luật hai của cơ học lỗ đen, bởi vì bức xạ Hawking sẽ đưa năng lượng của lỗ đen đi & làm cho lỗ đen giảm khối lượng, dẫn theo giảm entropy. Không những thế, bức xạ cũng đưa entropy ra khỏi lỗ đen, & có thể minh chứng dưới những giả sử tổng quát rằng tổng entropy của vật chất bao quanh lỗ đen cộng với 1/4 diện tích chân mây buổi lễ – đo theo nhà cung cấp Planck – luôn luôn tăng (phải cộng cả vật chất bao quanh lỗ đen bởi vì bức xạ Hawking hiện ra khi cặp hạt vật chất – phản vật chất chào đời trong chân không, hạt phản vật chất rơi vào lỗ đen còn hạt vật chất thoát ra ngoài dưới dạng bức xạ). Điều này cho phép cài đặt ra định luật đầu tiên của cơ học lỗ đen cũng giống như định luật đầu tiên của nhiệt động lực học, với khối lượng có vai trò như năng lượng, cuốn hút mặt phẳng như nhiệt độ & diện tích như entropy.[182]

Một trong những đặc tính khác thường này là entropy của lỗ đen tỷ lệ với diện tích hơn là thể tích của nó, do thông thường entropy là một đại lượng mở rộng tỷ lệ tuyến tính với thể tích của hệ. Thuộc tính kỳ lạ này mang Gerard ‘t Hooft & Leonard Susskind dẫn theo giả thuyết về nguyên lý toàn ảnh, bảo rằng bất kể điều gì xảy ra bên trong không thời gian bao bởi vùng thể tích có thể được diễn tả bằng dữ liệu trên biên của thể tích đó.[183]

Mặc dầu có thể vận dụng thuyết tương đối rộng trong tính toán bán cổ kính về entropy của lỗ đen, nhưng nó lại đem đến khái niệm không chặt chẽ. Trong cơ học đo đạc, entropy được hiểu là đếm số cấu hình vi mô của một hệ có cùng những đại lượng vĩ mô (như khối lượng, điện tích, áp suất, vv.). Một khi chưa có lý thuyết cuốn hút lượng tử, các nhà vật lý chẳng thể thực hiện những phép đếm này cho lỗ đen. Một số cách xử lý đã được đề ra trên đoạn đường họ đi đến cuốn hút lượng tử. Năm 1995, Andrew Strominger & Cumrun Vafa minh chứng từ cách đếm các hiện trạng vi mô của một lỗ đen rõ ràng diễn tả bởi mô hình siêu đối xứng trong thuyết dây cho phép tính ra entropy Bekenstein–Hawking.[184] Từ đó, các nhà vật lý lý thuyết đề ra một vài kết quả tương đương cho những lỗ đen khác nhau trong cả thuyết dây lẫn những thuyết khác về cuốn hút lượng tử như cuốn hút lượng tử vòng nhằm giải quyết khái niệm entropy cho lỗ đen.[185]

Nghịch lý thông tin bị mất

[

sửa

]

Bởi vì chỉ cần ba tham số đủ để diễn tả lỗ đen phi lượng tử, đa số thông tin về vật chất rơi vào lỗ đen đều mất hút dưới chân mây buổi lễ. Người ở bên ngoài chẳng thể biết nó tạo dựng từ những người nổi tiếng hay từ tàu không gian, bàn ghế, laptop, ti vi…, bởi người đó chỉ đo được khối lượng, điện tích & mô men động lượng của lỗ đen. Trong một thời gian dài, các nhà vật lý nghĩ rằng lỗ đen làm mất thông tin, dù rằng thông tin có thể tồn tại bên trong lỗ đen nhưng người ngoài chẳng thể hiểu rằng trong đó có gì. Không những thế, theo lý thuyết thì lỗ đen dần dần phát ra bức xạ Hawking & sau một thời gian rất lâu nó bốc hơi (so với các lỗ đen vĩ mô). Sự bốc hơi này hình như không giải thoát ra bất kỳ thông tin gì về những thứ tạo dựng lên & đã rơi vào lỗ đen, có nghĩa là về nguyên lý thông tin bị mất mãi mãi.[186]

Trong thời gian dài, thắc mắc liệu thông tin có thực sự bị mất trong lỗ đen (nghịch lý thông tin bị mất bởi lỗ đen) đã chia cộng đồng các nhà lý thuyết lỗ đen thành hai nhóm (xem Vụ cá cược Thorne–Hawking–Preskill). Trong cơ học lượng tử, thông tin bị mất tương ứng với sự vi phạm thuộc tính sống còn của lý thuyết này là nguyên lý nhà cung cấp (unitarity) – nguyên lý hạn chế về sự phát triển của một hệ lượng tử bảo đảm tổng các xác suất của mọi biến cố khả dĩ cho một buổi lễ luôn luôn phải bằng 1 – hay nghịch lý thông tin vi phạm định luật bảo toàn xác suất. Không những thế, nếu nguyên lý nhà cung cấp bị vi phạm còn dẫn theo định luật bảo toàn năng lượng không còn đúng.[187]

Hawking cá rằng thông tin quả thực mất hút khi mọi thứ bị phá hủy tại vùng kì dị cuốn hút, còn Gerard ‘t Hooft & Leonard Susskind nghĩ rằng có một chính sách nào đó lấy lại thông tin ẩn dưới chân mây buổi lễ.[188][189] Năm 2004, Hawking đăng một bài báo minh chứng các thăng giáng lượng tử tại chân mây buổi lễ cho phép lý giải nghịch lý & ông công nhận thông tin không bị mất cũng như nhận thua trong vụ cá cược với một bên là Preskill & bên kia là Thorne cùng Hawking.[190] Trong quyển sách của ông, Susskind lập luận là nguyên lý toàn ảnh phối hợp với thuyết dây có thể lý giải thành công nghịch lý này.[188]

Cho đến nay, các công trình lý thuyết chứng tỏ quả thực thông tin & nguyên lý nhà cung cấp được bảo toàn trong cách tiếp cận cuốn hút lượng tử cho nghịch lý này.[191]

Nghịch lý tường lửa

[

sửa

]

Theo diễn tả của lý thuyết trường lượng tử trong không thời gian cong, từng bức xạ riêng rẽ của bức xạ Hawking có sự gia nhập của hai hạt lượng tử trong hiện trạng vướng víu lẫn nhau. Hạt thoát ra ngoài chân mây buổi lễ lỗ đen được gán cho rằng lượng tử của bức xạ Hawking; hạt rơi vào lỗ đen bị lỗ đen nuốt mất. Theo phán đoán của Hawking, một lỗ đen tạo dựng từ một khoảng thời gian hữu hạn trong dĩ vãng sẽ cuối cùng bốc hơi hoàn toàn trong khoảng thời gian hữu hạn ở tương lai.[192] Vì vậy, nó sẽ chỉ phát ra một lượng hữu hạn thông tin mã hóa bởi bức xạ Hawking. Giả sử ở thời gian

t

{displaystyle t}

, có hơn một nửa thông tin đã phát ra ngoài. Theo như tìm hiểu được chấp nhận rộng rãi bởi các nhà vật lý Don Page[193][194] & Leonard Susskind, một hạt phát ra bên ngoài ở thời điểm

t

{displaystyle t}

phải bị vướng víu với mọi hạt lượng tử của bức xạ Hawking mà lỗ đen đã phát ra trước đây. Điều này dẫn tới một nghịch lý là: theo nguyên lý “một cặp vướng víu” (“monogamy of entanglement” principle) đòi hỏi rằng, như ở bất kỳ một hệ lượng tử nào, hạt thoát ra ngoài chẳng thể vướng víu hẳn toàn thể với hai hệ độc lập ở cùng 1 lúc; dù rằng thể ở giai đoạn này hạt cất cánh ra ngoài hình như vướng víu với cả hạt rơi vào trong &, một cách độc lập, với cả các bức xạ Hawking trong dĩ vãng.[192]

Để lý giải được nghịch lý này, có thể các nhà vật lý cuối cùng buộc phải từ bỏ một trong ba lý thuyết đã được kiểm chứng: nguyên lý tương tự của Einstein, nguyên lý unita trong cơ học lượng tử (tổng xác suất của mọi kết quả khả dĩ của mọi buổi lễ luôn bằng 1), hoặc lý thuyết trường lượng tử hiện tại. Một cách giải thích, mà vi phạm nguyên lý tương tự, này là tồn tại một mặt cầu lửa (tường lửa, “firewall”) bao quanh chân mây buổi lễ mà phá hủy mọi hạt rơi qua biên cương này.[195] Trong một nghiên cứu các dữ liệu năm 2016 đo được bởi LIGO (GW150914, GW151226 & LVT151012) cho thấy một triệu chứng chưa chắc rằng về độ vọng sau va chạm hai hố đen gây bởi chân mây buổi lễ mờ (fuzzy sự kiện horizon); những tiếng vọng này có thể do bởi tường lửa hoặc theo lý thuyết quả bóng mờ (fuzzball theories, trong lý thuyết dây) nhưng tiếng vọng này chẳng thể hiện ra trong thuyết tương đối tổng quát. Trong tương lai, khi có thêm nhiều buổi lễ sóng cuốn hút đo được bởi LIGO & những trạm khác, các dữ liệu sẽ cho biết liệu những độ vọng này chỉ là nhiễu bất chợt, hay quả thực chúng là chứng cớ cho sự vi phạm của thuyết tương đối rộng cổ kính.[196]

Lỗ đen trong khoa học viễn tưởng

[

sửa

]

Các đặc tính & thuộc tính vật lý của lỗ đen được nhiều Author sử dụng mang vào những truyện khoa học viễn tưởng trước thập niên 1960, trước khi thuật ngữ này chào đời & cả sau thời điểm những hiểu biết khoa học về nó trở nên đầy đủ hơn. Nó cũng hiện ra trong các bộ phim khoa học giả tưởng, manga & game.[197]

Chẳng hạn, tác phẩm “The City and the Stars” (1956) của Arthur C. Clarke, có nói về một vật thể nhân tạo chẳng thể bị phá hủy & nó bị giam cầm ở rìa thiên hà. Author gọi vật thể giống như người nổi tiếng này là “mặt trời đen”.[198] “Kyrie” (1968), truyện ngắn của Poul Anderson, nói về một đoàn thám hiểm đến “vùng lõi sau vụ nổ siêu tân tinh”.[199]
Cuốn Lược sử thời gian (1988) của Stephen Hawking ngoài bàn luận về những thuộc tính của lỗ đen ông cũng nhắc đến viễn tượng du hành thời gian nhờ đến nó hoặc thông qua lỗ sâu.[200]

Bộ phim Star Trek (2009), có cảnh nói về nhân vật Nero sử dụng “vật chất đỏ” nhằm tạo thành một lỗ đen để phá hủy hành tinh Vulcan.[201] Trong một tập phim của seri ‘Star Trek: Voyager’, đoàn du hành đã lái tàu vũ trụ đi qua chân mây buổi lễ & bị mắc kẹt ở bên trong.[202]

Trong bộ manga InuYasha, nhân vật Miroku với bên tay cần có một với khả năng hút toàn bộ mọi thứ giống như lỗ đen.

Trong game Mass Effect 2, người chơi được trang bị loại súng “M-490 Blackstorm” hay “black hole gun” với khả năng tạo thành kì dị cuốn hút giống như lỗ đen nhằm hút mọi thứ vào trong.[203]

Trong Interstellar (2014) của Christopher Nolan, nhân vật Cooper cùng phi hành đoàn phải đi ngang qua một lỗ sâu (worm hole) để đến các hành tinh mới khác nhằm đi tìm hành tinh – ngôi nhà mới cho con người – các điều kiện sống trên Trái Đất dần trở
nên hà khắc không còn phù hợp cho con người sinh sống. Lỗ đen trong phim bẻ cong không gian, làm cho nó có dạng hình cầu, & làm co giãn thời gian của các hành tinh gần nó. Lỗ đen còn tồn tại những điểm kì dị cho ta các không gian năm chiều. Cooper nghĩ rằng cái lỗ đen gần sao Thổ ấy & các không gian năm chiều là thành quả của con người trong tương lai.

Đọc thêm

[

sửa

]

Ghi chú

[

sửa

]

Xem qua

[

sửa

]

Tìm hiểu thêm

[

sửa

]

Sách thông dụng
Sách & giáo trình đại học
Bài khái quát
  • Gallo, Elena; Marolf, Donald (2009), “Resource Letter BH-2: Black Holes”, , 77 (4): 294, arXiv:0806.2316Bibcode:2009AmJPh..77..294G, doi:10.1119/1.3056569

  • Hughes, Scott A. (2005). “Trust but verify: The case for astrophysical black holes”. [hep-ph].

     

    Lecture notes from 2005 SLAC Summer Institute.

Link ngoài

[

sửa

]

(tiếng Việt)

(tiếng Anh)

Xem Thêm  C.ty T.Kế Kiến trúc & Xây dựng Không Gian Việt

By ads_law

Trả lời