Điều gì sẽ xảy ra nếu bạn rơi vào một hố đen trong vũ trụ?

Hố đen – những vùng trong không gian nơi mà lực hấp dẫn lớn đến nỗi không gì có thể trốn thoát – là một chủ đề thường trực trên các trang báo ngày nay.

Một nửa giải Nobel vật lý năm 2020 đã được trao cho nhà khoa học Roger Penrose có công trình toán học cho biết hố đen là hệ quả tất yếu của thuyết hấp dẫn của Einstein. Nửa còn lại của giải được trao cho hai nhà khoa học Andrea Ghez và Reinhard Genzel có công trình nghiên cứu cho thấy một hố đen khổng lồ nằm ở trung tâm thiên hà của chúng ta.

Hố đen đáng sợ vì ba lý do. Nếu bạn rơi vào một hố đen sinh ra khi một ngôi sao chết đi thì bạn sẽ bị nghiền vụn. Những hố đen khổng lồ ở trung tâm tất cả các thiên hà đều “đói khát, thèm ăn” vô độ. Và hố đen là những nơi xóa bỏ mọi định luật vật lý.

Thời gian hoạt động của các hố đen rất ít, đa số thời gian chúng “ngủ yên”, nhưng khi chúng “thức dậy” và nuốt các ngôi sao thì khu vực xung quanh chúng có thể hoạt động mạnh mẽ hơn nhiều so với toàn bộ thiên hà mà chúng nằm trong đó.

Những thiên hà chứa các hố đen hoạt động được gọi là chuẩn tinh. Cho đến nay, những gì chúng ta biết được về hố đen vẫn chỉ rất hạn chế, còn có rất nhiều điều bí ẩn cần được giải đáp về các hố đen.

Cái chết ở hố đen

Người ta cho rằng hố đen hình thành khi một ngôi sao lớn chết đi. Sau khi nhiên liệu hạt nhân của ngôi sao đó cạn kiệt, lõi của nó sụp đổ chuyển sang trạng thái vật chất đậm đặc nhất, đậm đặc hơn hàng trăm lần so với một hạt nhân nguyên tử, đặc đến nỗi các proton, neutron và electron không còn là những hạt rời rạc nữa. 

Vì hố đen rất tối nên chúng chỉ được tìm ra khi chúng quay xung quanh một ngôi sao bình thường. Nhờ những vật chất, vật thể thuộc về ngôi sao đó, các nhà thiên văn học có thể suy đoán ra các vật chất, vật thể và đặc điểm của hố đen đi cùng. 

Hố đen đầu tiên được công nhận là hố đen Thiên Nga X-1. Nó là nguồn tia X sáng nhất trong chòm sao Thiên Nga. Kể từ đó đến nay, có khoảng 50 hố đen được các nhà khoa học tìm ra trong các hệ có một ngôi sao bình thường quay quanh một hố đen. Những hố đen này ở gần chúng ta nhất trong số khoảng 10 triệu hố đen mà các nhà khoa học cho rằng nằm rải rác trong Dải Ngân Hà.

Hố đen là mồ chôn vật chất, không có gì có thể trốn thoát khỏi hố đen, kể cả ảnh sáng Số phận của bất cứ ai rơi vào một hố đen sẽ bị “mì ống hóa” vô cùng đau đớn. Mì ống hóa là một ý tưởng được nhà khoa học Stephen Hawking đưa ra trong cuốn sách của ông có tên “Lược sử Thời gian”. Mì ống hóa là khi lực hấp dẫn cực lớn của hố đen kéo căng một vật thể ra, xé rời nó từng mảnh, nhỏ đến từng phân tử. Như nhà thơ nổi tiếng người Ý, Dante từng mô tả những từ trên cổng địa ngục trong bài thơ “Thần khúc” của mình: Hãy từ bỏ hy vọng, tất cả những ai vào đây.

Con quái vật đói khát trong mọi thiên hà

Trong 30 năm qua, dữ liệu thu được từ kính viễn vọng không gian Hubble cho thấy tất cả các thiên hà đều có hố đen nằm ở trung tâm. Thiên hà càng lớn thì hố đen càng to.

Thiên nhiên kỳ diệu có thể tạo ra những hố đen ở mọi phạm vi khối lượng, từ những xác sao có khối lượng chỉ gấp vài lần cho đến những “con quái vật” to gấp hàng chục tỷ lần Mặt Trời. Đây giống như sự khác biệt giữa một quả táo với kim tự tháp Giza ở Ai Cập.

Mới năm ngoái, các nhà thiên văn học đã công bố bức ảnh đầu tiên của một hố đen. Đây là một hố đen nặng gấp 8 tỷ lần khối lượng Mặt Trời và nằm ở trung tâm của thiên hà hình elip M87. Nó to hơn hố đen trong thiên hà của chúng ta đến hơn 1.000 lần.

Phần lớn thời gian, các hố đen này đều rất tối, nhưng khi lực hấp dẫn của chúng kéo các ngôi sao và khí ở gần thì chúng lóe sáng và tỏa ra một lượng bức xạ khổng lồ.

Các hố đen lớn vô cùng nguy hiểm bởi hai lẽ. Nếu bạn đến quá gần, lực hấp dẫn của nó sẽ hút bạn vào. Và nếu chúng đang trong giai đoạn chuẩn tinh hoạt động thì bạn sẽ bị nổ tung do bức xạ năng lượng cao.

Nhưng một chuẩn tinh sáng đến mức nào? Hãy tưởng tượng bạn đang bay trên một thành phố lớn như Los Angeles vào ban đêm. khoảng 100 triệu bóng đèn từ ô tô, nhà ở và đường phố ở đây được ví như những ngôi sao trong một thiên hà. Hố đen trong thiên hà này đang ở trạng thái hoạt động giống như một nguồn sáng có đường kính 2,5 cm ở trung tâm thành phố Los Angeles, nó sáng chói nổi bật hơn gấp hàng trăm, hàng nghìn lần các ngôi sao là các bóng đèn kia. Chuẩn tinh là những vật thể sáng nhất trong vũ trụ.

Những hố đen siêu khối lượng rất kỳ lạ

Cho đến nay, hố đen lớn nhất được con người biết đến có khối lượng gấp 40 tỷ lần so với khối lượng của Mặt Trời, hay gấp 20 lần toàn bộ hệ mặt trời.

Trong khi các hành tinh ở rìa của hệ mặt trời quay 1 vòng quanh thiên hà mất 250 năm thì hố đen này quay một vòng mất 3 tháng. Rìa của nó di chuyển với tốc độ bằng ½ tốc độ ánh sáng.

Như tất cả các hố đen, những hố đen khổng lồ bị chắn khỏi tầm nhìn bởi chân trời sự kiện. Nằm ở trung tâm của chúng là một điểm dị biệt, một điểm trong vũ trụ nơi mà mật độ là vô hạn định. Chúng ta không thể hiểu được bên trong của một hố đen có gì, là gì, như thế nào bởi vì ở đây các định luật vật lý không còn ý nghĩa gì. Thời gian đóng băng ở các chân trời sự kiện và lực hấp dẫn trở nên vô hạn định tại điểm dị biệt. 

Điều đáng mừng là bạn vẫn có thể sống sót nếu rơi vào các hố đen lớn. Mặc dù lực hấp dẫn của chúng mạnh hơn, nhưng lực kéo dãn lại yếu hơn ở những hố đen nhỏ và vì thế bạn sẽ không chết. Điều đáng buồn là chân trời sự kiện đánh dấu ranh giới của vực thẳm. Không gì có thể trốn ra khỏi chân trời sự kiện, vì thế bạn không thể trốn thoát để mà kể về trải nghiệm của mình.

Theo nhà khoa học Stephen Hawking, các hố đen luôn bốc hơi một cách chậm chạp. Trong tương lai xa của vũ trụ, rất lâu sau khi tất cả các ngôi sao chết đi và các thiên hà bị che khuất khỏi tầm nhìn bởi sự giãn nở ngày càng nhanh của vũ trụ, các hố đen sẽ là những vật thể cuối cùng còn lại. Những hố đen lớn nhất sẽ mất một số năm vô cùng tận để bốc hơi, số năm này có thể viết là 10 và tiếp sau là 100 số 0.

Những vật thể đáng sợ nhất trong vũ trụ là những thứ gần như vĩnh cửu.