Bí ẩn sức mạnh của Hố đen

Khi mà người ta vẫn còn tin rằng có 2 lý thuyết về ánh sáng, trong đó có một lý thuyết được Newton ủng hộ, là ánh sáng được tạo ra từ các hạt còn lý thuyết kia cho rằng ánh sáng được tạo thành từ các sóng thì thuật ngữ Hố đen (Lỗ đen) – “blackhole” đã tồn tại, nhưng vào thời đó chưa có ai giải thích được một cách chính xác về hố đen. Nguyên nhân nào đã tạo ra sức mạnh khủng khiếp của hố đen là một trong những bí ẩn nhất của vũ trụ đang được các nhà khoa học khám phá, giải mả. Điều gì sẽ sảy ra nếu mặt trời biến thành một hố đen? Hậu quả chính xảy ra là mọi thứ xung quanh sẽ trở nên lạnh lẽo và tối tăm.

* Sự cân bằng dựa trên nguyên lý “thuỷ xa”

Từ năm 1975, nhà vật lý học người Anh - Aiden đã có những nghiên cứu về hố đen, ông này cho rằng: Sau khi hố đen được hình thành, nó bắt đầu hướng bức xạ năng lượng ra ngoài, tuỳ vào chất lượng của tàn tích mà cuối cùng nó sẽ mất đi. Khi hố đen bị tiêu mất, sức hút của nó cũng vì thế bị mất theo luôn. Nhưng lý thuyết này đến tháng 7-2004 đã bị đánh đổ bởi chính tác giả. Ông cho biết, những vật thể trong hố đen sẽ không nhập vào các vùng khác, mà ngược lại sau khi đã bị “vỡ vụn” nó sẽ được giải phóng.

Vậy sức mạnh của hố đen đến từ đâu? Hố đen tồn tại và tạo nên sức mạnh “siêu lớn” dựa vào việc liên tục tạo ra lực hút với hấp lực siêu lớn, điều này đã khiến hố đen có thể hút “sạch” toàn bộ thể khí từ cách hành tinh xung quanh. Trong quá trình thể khí bắt đầu thoát ra khỏi phương vận hành nguyên thể để hướng tới hố den, nó đã hình thành lên một góc gọi là “góc động lượng” – miêu tả lượng vật lý của vật thể vận động quanh một trục, như vậy có nghĩa là nguồn năng lượng mà hố đen hấp thu được là liên tục. Khi thể khí bị thay đổi phương hướng, nó sẽ khiến cho phạm vi của chu vi hố đen càng ngày càng lớn dần lên, đến khi sức mạnh đã tới siêu mạnh, nó trở thành một hình tròn khổng lồ luôn quay tít được gọi là “khu vực gia tốc”. Cái hố hình tròn đó quay tít khiến tất cả năng lượng nhiệt dưới dạng thể khí cũng quay tròn trong chu vi hố đen. Cùng với sự tích tụ ngày càng lớn dần lên của thể khí, hố đen cần phải phân lưu góc động lượng đã có, điều này giúp cho nguồn năng lượng liên tục được đẩy vào trong không gian. Hay nói một cách cụ thể, chúng ta tưởng tượng nó giống như một bánh xe nước thật lớn vậy, đồng thời với việc phải đựng nước thì chiếc bánh xe cũng cần phải giải phóng ra một lượng nước. Hố đen cũng có cùng nguyên lý hoạt động như vậy, đồng thời với việc hấp thu động lượng thì nó cũng phải giải phóng ra một nguồn năng lượng.

* Hai dạng giải phóng năng lượng của hố đen

Giữa các phân tử luôn có lực ma sát cực lớn va đập với nhau, phương pháp giải phóng động lượng của hố đen cũng như vậy. Tuy phương pháp này đã được một số nhà khoa học vật lý chứng minh, nhưng gần đây một số khác đã bày tỏ hoài nghi rằng, đây không phải là con đường giải phóng duy nhất. Nhóm của giáo sư John và Dennis ở Mỹ đã nghiên cứu để đưa ra những chứng cứ cụ thể cho nhận định của mình. Họ cho rằng, ngoài lực ma sát, gió từ trường cũng giúp cho hố đen giải phóng năng lượng. Gió từ trường quay tròn “trong khu vực gia tốc” có thể đạt được vận tốc trên 480km/giây, góc động lượng vì thế bị nó đẩy quay về không gian vũ trũ, do vậy các phân tử ma sát và gió từ trường khiến cho năng lượng của hố đen hấp thu cũng như những năng lượng được giải phóng ra đạt được sự cân bằng, khi thể khí bị hố đen hút vào nó sẽ tạo ra vầng sáng cho toàn bộ không gian chết. Để chứng minh cho lý luận này, các nhà khoa học của nhóm đã phải dùng máy tính để mô phỏng gió từ trường, sau đó thông qua kính viễn vọng tia xạ X có tên CHANDRA để quan trắc gió từ hố đen trong giải ngân hà, từ đó so sánh đối chiếu các đặc tính của chúng với nhau. Cuối cùng, kính viễn vọng tia xạ X CHANDRA sẽ hiển thị và gửi các số liệu về cơ quan nghiên cứu của nhóm, kết quả cho thấy phương thức vận hành của gió hố đen hoàn toàn giống với mô hình gió từ trường của máy tính. Kết quả này khiến các nhà khoa học trong nhóm của John vô cùng vui mừng, nhưng đây mới chỉ là những thành quả bước đầu, nó chỉ có ý nghĩa khi các bước tiếp theo của công trình tiếp tục được hoành thành xuất sắc. Để chứng minh sự tồn ại của gió từ trường thì đây mới chỉ là những thành công ban đầu mang tính chất nền tảng cơ sở cho các bước tiếp theo.

* Những bằng chứng về sức mạnh của hố đen

Một điều chắc chắn rằng nếu như không có những thiết bị quan sát siêu hiện đại không thể thấy trực tiếp một hố đen, bởi vì ánh sáng không thể thoát ra khỏi chân trời. Điều đó có nghĩa là chúng ta phải dựa trên các chứng cứ không trực tiếp rằng hố đen tồn tại. Theo một bài báo gần đây của Kormendy and Richstone (trong cuốn “Các báo cáo hàng năm của Thiên văn học vào Vật lý học thiên thể” (Annual Reviews of Astronomy and Astrophysics), thiên hà đã được quan sát thấy chứa những vật thể có khối lượng lớn và rất tối ở tâm. Khối lượng tại trung tâm các thiên hà đó nằm trong phạm vi từ 1 triệu đến nhiều tỉ lần khối lượng mặt trời. Các vật thể tối có khối lượng khổng lồ ở trung tâm thiên hà đó được cho là các hố đen vì ít nhất hai lý do: Thứ nhất, rất khó để tưởng tượng ra chúng có thể là một thứ gì khác: chúng quá đặc và tối để là các ngôi sao hay các bầy sao. Thứ hai, lý thuyết nhiều triển vọng duy nhất để giải thích các vật thể bí ẩn được biết tới là các quasar và các thiên hà hoạt động đòi hỏi phải có các hố đen với khối lượng siêu khổng lồ ở trung tâm. Nếu lý thuyết này là chính xác, thì phần lớn các thiên hà - tất cả những thứ hiện được biết đến hay được cho là các thiên hà hoạt động - phải có các hố đen với khối lượng siêu khổng lồ ở trung tâm. Sử dụng kỹ thuật dụng cụ đo giao thoa vạch ranh giới cực dài, một nhóm các nhà nghiên cứu có thể vẽ bản đồ việc phân bố tốc độ khí bên trong chưa đầy nửa năm ánh sáng của trung tâm thiên hà. Từ việc đo đạc này họ có thể kết luận rằng vật thể khối lượng khổng lồ ở trung tâm thiên hà này tập trung trong bán kính chưa tới nửa năm ánh sáng. Rất khó để tưởng tượng ra bất kỳ thứ gì khác ngoài hố đen có thể có một khối lượng lớn tập trung trong một thể tích nhỏ như vậy. Một sự phát hiện khác thậm chí còn cung cấp bằng chứng thuyết phục hơn. Các nhà thiên văn học đã cho tia X kiểm tra một đường quang phổ từ một tâm thiên hà cho thấy sự hiện diện của các nguyên tử gần tâm đang chuyển động với tốc độ cực lớn (khoảng 1/3 tốc độ ánh sáng). Hơn nữa, sự phát xạ từ các nguyên tử đã chuyển dịch về phía đỏ theo cách mà mọi người có thể cho rằng sự phát xạ đến từ gần trung tâm của hố đen. Những quan sát đó sẽ rất khó để giải thích trong bất kỳ cách nào khác ngoài hố đen, và nếu chúng được kiểm tra, thì giả thuyết rằng một số thiên hà chứa các hố đen khối lượng siêu lớn ở tâm sẽ được bảo đảm. Một kiểu hố đen hoàn toàn khác biệt được tìm thấy ngay trong thiên hà của chúng ta. Chúng sáng hơn và được gọi là các hố đen kiểu sao, đã hình thành khi một ngôi sao có khối lượng lớn chấm dứt cuộc sống trong một vụ nổ sao siêu mới. Nếu một hố đen kiểu sao như vậy tắt đi ở một nơi nào đó, chúng ta sẽ không có nhiều hy vọng tìm thấy nó. Tuy nhiên, nhiều ngôi sao xuất hiện trong hệ sao đôi - các cặp sao quay với quỹ đạo xung quanh nhau. Nếu một ngôi sao trong hệ sao đôi đó trở thành hố đen, chúng ta có thể thám sát nó. Đặc biệt, trong một số hệ sao đối chứa một vật thể nén như một hố đen, vật chất bị hút từ vật thể kia để tạo thành “một đĩa lớn dần lên” gồm các quặng xoáy về phía hố đen. Các vật chất trong đĩa lớn dần lên đó rất nóng và càng ngày càng rơi dần về phía hố đen, và nó phát ra lượng lớn bức xạ, đa số là tia X trong dải quang phổ. Nhiều “hệ sao đôi tia X” như vậy đã được biết tới, và một số chúng được cho là rất giống hố đen. Tàn dư của một ngôi sao như một sao neutron sẽ không thể tự nó chống lại được trọng lực, và sẽ sụp đổ thành một hố đen.

Nguồn: An ninh thế giới, số 606, 18/11/2006