5 bằng chứng cho thấy lỗ đen vũ trụ thực sự tồn tại

Trong tất cả những khái niệm xa vời về thiên văn học, lỗ đen có thể nói là một trong những vật thể kỳ lạ nhất.

Nó được định nghĩa là một vùng không gian nơi trường hấp dẫn mạnh đến mức không thứ gì, kể cả ánh sáng, có thể thoát ra. Chính bởi vậy mà những vật thể khổng lồ đen tối này cũng mang đến một viễn cảnh khá đáng sợ.

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

Dự đoán của Einstein

Lỗ đen lần đầu được nhắc đến vào năm 1916 bởi Karl Schwarzschild, người nhận ra chúng là hệ quả tất yếu dựa trên thuyết tương đối rộng của Albert Einstein. Nói cách khác, nếu lý thuyết của Einstein là đúng - và tất cả các bằng chứng đều cho thấy là như vậy - thì lỗ đen chắc chắn phải tồn tại.

Sau đó, lỗ đen được đặt trên nền tảng vững chắc hơn nhờ Roger Penrose và Stephen Hawking, những nhà vật lý đại tài, khi họ chỉ ra rằng bất kỳ vật thể nào "rơi" xuống hố đen sẽ tạo thành một điểm kỳ dị - nơi các định luật vật lý truyền thống bị phá vỡ.

Vụ nổ tia gamma

Vào những năm 1930, nhà vật lý thiên văn Ấn Độ Subramanian Chandrasekhar đặt ra câu hỏi: "Điều gì sẽ xảy ra với một ngôi sao khi nó đã sử dụng hết nhiên liệu hạt nhân?"

Trả lời cho câu hỏi này, NASA cho rằng nếu ngôi sao đó thực sự lớn, thí dụ như bằng 20 lần khối lượng mặt trời, thì phần lõi dày đặc của nó sẽ nổ và chuyển hóa hoàn toàn thành một lỗ đen.

Quá trình phát nổ của phần lõi xảy ra cực kỳ nhanh chóng, chỉ trong vài giây đồng hồ, giải phóng một lượng năng lượng cực lớn dưới dạng một vụ nổ tia gamma.

Thực tế là kính thiên văn trên Trái đất đã phát hiện ra nhiều vụ nổ tương tự. Một số trong số đó đến từ các thiên hà cách chúng ta hàng tỷ năm ánh sáng.

Sóng hấp dẫn

Các lỗ đen không phải lúc nào cũng tồn tại biệt lập. Đôi khi, chúng xuất hiện theo cặp, và di chuyển thành quỹ đạo xung quanh nhau.

Khi hiện tượng này xảy ra, lực tương tác hấp dẫn giữa chúng tạo ra các gợn sóng trong không-thời gian, lan truyền ra bên ngoài dưới dạng sóng hấp dẫn.

Nhờ có các đài quan sát hiện đại, giờ đây chúng ta có khả năng phát hiện ra những sóng này. Phát hiện đầu tiên liên quan đến sự hợp nhất của hai lỗ đen, được công bố vào năm 2016 và nhiều phát hiện khác đã được thực hiện kể từ đó.

Kẻ đồng hành vô hình

Về bản chất, các lỗ đen sẽ gần như không thể phát hiện ra được. Thực tế là chúng không phát ra bất kỳ ánh sáng hay bức xạ nào. Điều này có nghĩa là chúng có thể ẩn nấp ở mọi nơi trong vũ trụ, nơi chúng ta hay thậm chí là các nhà thiên văn cũng không hề hay biết.

Tuy nhiên, có một cách chắc chắn để phát hiện ra những "con quái vật bóng tối", đó là thông qua hiệu ứng hấp dẫn của chúng đối với các ngôi sao khác.

Theo đó, khi quan sát cặp ngôi sao quay quanh quỹ đạo được gọi là HR-6819 vào năm 2020, các nhà thiên văn nhận thấy những điểm kỳ lạ trong chuyển động của chúng, mà chỉ có thể được giải thích nếu có một vật thể thứ ba, hoàn toàn không nhìn thấy tồn tại ở đó.

Mọi thứ dần trở nên sáng tỏ khi họ bắt đầu tính ước khối lượng của nó, và kinh ngạc khi sự chênh lệch lớn hơn tới 4 lần so với Mặt trời.

Các nhà nghiên cứu khi đó khẳng định có một lỗ đen chưa phát hiện nằm trong thiên hà của chúng ta và đang ở rất gần Trái đất, khoảng 1.000 năm ánh sáng.

Hình ảnh thực tế

Cho đến nay, chúng ta đã có khá nhiều bằng chứng gián tiếp khá thuyết phục về các lỗ đen. Tuy nhiên, bằng chứng hùng hồn nhất cho thấy sự tồn tại của vật thể kỳ lạ này phải kể tới hình ảnh trực tiếp của lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của Messier 87 - thiên hà đang hoạt động được công bố vào tháng 4/2019.

Bức ảnh được chụp bởi Kính thiên văn Chân trời Sự kiện (Event Horizon Telescope), thực tế bao gồm một mạng lưới các kính thiên văn lớn rải rác khắp nơi trên thế giới.

Kết quả cho thấy điểm tối cực kỳ rõ ràng của một lỗ đen có khối lượng 6,5 tỷ khối lượng Mặt trời (solar mass) và quầng sáng màu cam được hình thành từ những vật chất phát sáng xung quanh nó.