Hố đen

Article

May 17, 2022

Lỗ đen là một vật thể có khối lượng tập trung ở một thể tích cực kỳ nhỏ và kết quả của sự nén chặt này, tạo ra lực hấp dẫn mạnh ở vùng lân cận của nó đến nỗi ngay cả ánh sáng cũng không thể rời khỏi hoặc đi qua khu vực này. Giới hạn bên ngoài của khu vực này được gọi là chân trời sự kiện. Không gì có thể vượt qua chân trời sự kiện từ trong ra ngoài - không có thông tin, không có bức xạ và chắc chắn là không có vật chất. Thuyết tương đối tổng quát mô tả một cách thuyết phục thực tế rằng một “con đường ra bên ngoài” thậm chí không còn có thể hình dung được bằng độ cong cực hạn của không-thời gian. Có nhiều lớp lỗ đen khác nhau với cơ chế hình thành tương ứng. Dễ hiểu nhất là các lỗ đen sao, được hình thành khi một ngôi sao có kích thước nhất định đã sử dụng hết nhiên liệu hạt nhân và sụp đổ. Trong khi các lớp vỏ bên ngoài sau đó bị đẩy ra ngoài trong một siêu tân tinh, phần lõi sẽ sụp đổ thành một cơ thể cực kỳ nhỏ gọn do áp suất trọng trường của nó. Đối với một lỗ đen giả thuyết có khối lượng bằng Mặt trời, đường chân trời sự kiện sẽ chỉ có đường kính khoảng 6 km, tức là gấp 230.000 lần đường kính hiện tại của Mặt trời. Ở đầu kia của quang phổ, có những lỗ đen siêu lớn, có khối lượng gấp hàng triệu đến hàng tỷ lần Mặt trời của chúng ta, nằm ở lõi của các thiên hà và đóng những vai trò quan trọng trong quá trình tiến hóa của chúng. Bên ngoài chân trời sự kiện, một lỗ đen hoạt động giống như một vật thể khối lượng bình thường và có thể được quay quanh bởi các thiên thể khác trên quỹ đạo ổn định. Từ bên ngoài, chân trời sự kiện xuất hiện trực quan dưới dạng một vật thể hoàn toàn đen và mờ đục, gần đó không gian phía sau nó được chụp ảnh như thể bị bóp méo bởi một thấu kính quang học (thấu kính hấp dẫn). Tuy nhiên, lỗ đen thường bị bao phủ bởi các đám mây khí, do đó nó chỉ có thể nhìn thấy ở một số bước sóng nhất định (sóng vô tuyến), và do sự biến dạng nên người ta không "nhìn thấy" chân trời sự kiện mà là cái gọi là bóng tối. Thuật ngữ lỗ đen được John Archibald Wheeler đặt ra vào năm 1967. Vào thời điểm đó, sự tồn tại của các lỗ đen, vốn chỉ được mô tả về mặt lý thuyết, được coi là rất có thể xảy ra, nhưng vẫn chưa được xác nhận bởi các quan sát. Sau đó, nhiều ví dụ về hiệu ứng lỗ đen đã được quan sát, ví dụ: B. từ năm 1992 các cuộc điều tra về lỗ đen siêu lớn Nhân Mã A * ở trung tâm của Dải Ngân hà trong phạm vi hồng ngoại. Vào năm 2016, sự hợp nhất của hai lỗ đen đã được LIGO quan sát thông qua sóng hấp dẫn được tạo ra và vào năm 2019, một hình ảnh kính vô tuyến của lỗ đen siêu lớn M87 * ở trung tâm của thiên hà M87 đã được Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện thu được. Năm 2022, Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện cũng có thể chụp ảnh lỗ đen Nhân Mã A * ở trung tâm Dải Ngân hà. Năm 2020, các nhà khoa học Roger Penrose, Reinhard Genzel và Andrea Ghez đã được trao giải Nobel Vật lý cho nghiên cứu của họ về lỗ đen.

Lịch sử nghiên cứu

Thế kỷ 18

Ngay từ năm 1783, nhà tự nhiên học người Anh John Michell đã suy đoán về những ngôi sao tối có đủ lực hấp dẫn để bẫy ánh sáng. Trong một lá thư được xuất bản bởi Hiệp hội Hoàng gia, ông đã viết: Ý tưởng về những ngôi sao nặng mà từ đó ánh sáng tiểu thể không thể thoát ra ngoài cũng được Pierre Simon Laplace mô tả trong Triển lãm du Système du Monde năm 1796 của ông. Ông đã đặt ra thuật ngữ “cơ thể bóng tối” (Corps obscur) để chỉ điều này. Những ý tưởng này chuyển động trong vật lý Newton.

Nửa đầu thế kỷ 20: Đóng góp của thuyết tương đối rộng

Sau khi Albert Einstein thiết lập các phương trình trường của thuyết tương đối rộng vào năm 1915, nhà thiên văn học người Đức Karl Schwarzschil đã đưa ra