Lỗ đen là gì ? Sự kiện lỗ đen chính xác là gì?

Hình ảnh Hố đen vũ trụ

hố đen là một số đối tượng bí ẩn và bí ẩn nhất của vũ trụ. Các vật thể cực kỳ đặc và nặng có lực hấp dẫn mạnh đến mức không thứ gì — kể cả ánh sáng — có thể thoát ra nếu nó đến quá gần. 

Vì ánh sáng không thể thoát ra khỏi chân trời sự kiện của lỗ đen (điểm không quay trở lại), các lỗ đen rất khó chụp ảnh, vì các vật thể chỉ xuất hiện màu đen. Mặc dù không thể quan sát trực tiếp chúng, nhưng các nhà thiên văn học có thể quan sát môi trường xung quanh lỗ đen, nơi có thể phát ra nhiều loại bức xạ khác nhau. Cuộn qua bộ sưu tập này để xem hình ảnh về các lỗ đen trong vũ trụ, được chụp với sự trợ giúp của kính viễn vọng phát hiện bức xạ trên Trái đất và trong không gian.

Bức ảnh đầu tiên về hố đen nhìn thấy ở trên, được chụp vào năm 2019 bằng Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện, một dãy tám kính viễn vọng vô tuyến trên mặt đất có kích thước bằng hành tinh được rèn giũa thông qua sự hợp tác quốc tế, đã chụp được hình ảnh này về lỗ đen siêu lớn và bóng của nó ở trung tâm thiên hà M87 . 

Máy bay phản lực nổ ở (gần như) tốc độ ánh sáng

Các tia phát ra từ một lỗ đen nổi tiếng đang bay với tốc độ khoảng 99% tốc độ ánh sáng, theo các quan sát từ Đài thiên văn Chandra X-Ray của NASA. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra các máy bay phản lực nhanh(mở trong tab mới)phát ra từ một lỗ đen trong thiên hà Messier 87 — chính là lỗ đen lần đầu tiên được Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện chụp ảnh trực tiếp. Trong hình ảnh trường rộng này của Messier 87 từ Đài quan sát tia X Chandra, hộp màu trắng cho biết vị trí gần đúng của dòng tia của lỗ đen.

Hố đen thúc đẩy sự ra đời của ngôi sao cách xa hàng triệu dặm

Sử dụng dữ liệu từ Đài quan sát tia X Chandra của NASA và các kính viễn vọng khác, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một lỗ đen đã châm ngòi cho sự hình thành sao trong nhiều thiên hà trên những khoảng cách rất xa. Chandra đã quan sát các tia X mạnh (màu đỏ) được tạo ra bởi khí nóng xoay quanh một lỗ đen ở trung tâm của một thiên hà nằm cách Trái đất 9,9 tỷ năm ánh sáng. 

Cygnus X-1

Ánh sáng lệch từ gần hố đen Cygnus X-1(mở trong tab mới)tiết lộ những chi tiết mới về không gian bị biến dạng và từ trường cực mạnh gần nó. Cygnus X-1, lỗ đen đầu tiên từng được phát hiện, có khối lượng gấp khoảng 10 lần khối lượng Mặt trời, rộng 18 dặm (60 km) và cách Trái đất 8.000 năm ánh sáng trong chòm sao Cygnus. Nó hút khí từ một ngôi sao siêu khổng lồ màu xanh có quỹ đạo gần, ngôi sao này siêu nóng lên khi nó xoắn ốc vào trong, phát ra tia X và tia gamma năng lượng cao.

Lỗ đen nuốt chửng một ngôi sao

Những hình ảnh này, được chụp bằng Galaxy Evolution Explorer của NASA và kính viễn vọng Pan-STARRS1 ở Hawaii, cho thấy sự phát sáng bên trong một thiên hà do một tia sáng phát ra từ nhân của nó. Mũi tên trong mỗi hình ảnh trỏ đến thiên hà. Ngọn lửa là dấu hiệu của lỗ đen trung tâm của thiên hà xé nhỏ một ngôi sao(mở trong tab mới)mà lang thang quá gần.

Mô phỏng lỗ đen

Hoạt động bên trong của lỗ đen rõ ràng hơn một chút nhờ mô phỏng siêu máy tính cho thấy vật chất rơi vào lỗ đen phát ra ánh sáng như thế nào. Bằng cách phân tích mô phỏng lỗ đen có kích thước bằng một ngôi sao, các nhà nghiên cứu đã thấy hai loại tia X có thể phát ra như thế nào khi vật chất rơi vào các vật thể dày đặc nhất trong vũ trụ đã biết. Hình ảnh được chú thích này đánh dấu một số tính năng trong mô phỏng, bao gồm cả chân trời sự kiện của lỗ đen.

Bị mắc kẹt ở giữa với một lỗ đen

Hình ảnh cho thấy 1 trong số 9 thiên hà lớn được đưa vào nghiên cứu từ đài quan sát tia X Chandra của NASA về cách các lỗ đen quay. Thiên hà này, được đặt tên là NGC 5846, chứa một lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của nó. 

Những lỗ đen kỳ lạ nhất trong vũ trụ

Hố đen là những con quái vật vũ trụ khổng lồ, những vật thể kỳ lạ có lực hấp dẫn mạnh đến mức ánh sáng cũng không thể thoát khỏi nanh vuốt của chúng.

Các lỗ đen có nhiều dạng khác nhau, từ các thiên thể nhỏ có khối lượng như sao cho đến các quái vật siêu lớn cư trú ở trung tâm của các thiên hà . Dưới đây là 10 lỗ đen cực đoan nhất, từ nhỏ nhất đến lớn nhất và từ kẻ ăn thịt người đến kẻ bất hảo.

Các lỗ đen lớn nhất

Gần như tất cả các thiên hà được cho là chứa ở lõi của chúng những lỗ đen siêu lớn có khối lượng gấp hàng triệu đến hàng tỷ lần khối lượng Mặt trời của Trái đất . Vào năm 2011, các nhà khoa học đã phát hiện ra những lỗ đen lớn nhất được biết đến ở hai thiên hà lân cận .

Một trong những thiên hà này, được gọi là NGC 3842 — thiên hà sáng nhất trong cụm sao Leo cách chúng ta gần 320 triệu năm ánh sáng — có một lỗ đen trung tâm chứa 9,7 tỷ khối lượng Mặt Trời. Thiên hà còn lại, NGC 4889, thiên hà sáng nhất trong cụm Coma cách xa hơn 335 triệu năm ánh sáng, có một lỗ đen có khối lượng tương đương hoặc lớn hơn.

Phạm vi hấp dẫn, hay " chân trời sự kiện ", của những lỗ đen này gấp khoảng năm lần khoảng cách từ mặt trời đến Sao Diêm Vương. Để so sánh, những lỗ đen này nặng gấp 2.500 lần lỗ đen ở trung tâm Dải Ngân hà , có chân trời sự kiện bằng 1/5 quỹ đạo của Sao Thủy.

Lỗ đen nhỏ nhất

Lỗ đen nhỏ nhất được phát hiện cho đến nay có thể nhỏ hơn ba lần khối lượng mặt trời của chúng ta. Điều này sẽ đặt con quái vật nhỏ bé này, có tên chính thức là IGR J17091-3624 , gần giới hạn lý thuyết tối thiểu cần thiết để một lỗ đen ổn định. Dù nhỏ bé như lỗ đen này, nhưng nó trông rất hung dữ, có khả năng tạo ra sức gió 20 triệu dặm / giờ (32 triệu kph) - tốc độ nhanh nhất từng được quan sát thấy từ một lỗ đen có khối lượng sao gấp gần 10 lần.

Lỗ đen ăn thịt người

Hố đen nuốt chửng bất cứ thứ gì kém may mắn trôi đến quá gần, bao gồm cả những hố đen khác. Các nhà khoa học gần đây đã phát hiện lỗ đen khổng lồ ở trung tâm của một thiên hà đang bị một lỗ đen lớn hơn ở thiên hà khác nuốt chửng.

Khám phá này là lần đầu tiên của loại hình này. Các nhà thiên văn học đã chứng kiến ​​giai đoạn cuối cùng của quá trình hợp nhất các thiên hà có khối lượng bằng nhau — cái gọi là sự hợp nhất lớn — nhưng các vụ hợp nhất nhỏ giữa các thiên hà và các thiên hà nhỏ hơn đã khiến các nhà nghiên cứu từ lâu không thể nắm bắt được.

Sử dụng Đài quan sát tia X Chandra của NASA , các nhà điều tra đã phát hiện ra hai lỗ đen ở trung tâm của một thiên hà có tên là NGC3393, với một lỗ đen có khối lượng gấp khoảng 30 triệu lần mặt trời và lỗ đen khác có khối lượng ít nhất 1 triệu lần mặt trời, được tách ra. cách nhau chỉ khoảng 490 năm ánh sáng.

Hố đen bắn đạn

Các lỗ đen được biết là hút vật chất vào, nhưng các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng chúng cũng có thể bắn ra vật chất. Các quan sát về lỗ đen có tên H1743-322 , chứa khối lượng gấp 5 đến 10 lần khối lượng Mặt trời và nằm cách Trái đất khoảng 28.000 năm ánh sáng, cho thấy rõ ràng nó đã hút vật chất ra khỏi một ngôi sao đồng hành, sau đó phun ra một số vật chất như những "viên đạn" khí khổng lồ di chuyển với tốc độ gần bằng một phần tư tốc độ ánh sáng.

Lỗ đen lâu đời nhất được biết đến

Lỗ đen lâu đời nhất được tìm thấy , có tên chính thức là ULAS J1342+0928, ra đời khoảng 690 triệu năm sau Vụ nổ lớn đã tạo ra vũ trụ của chúng ta . (Các nhà khoa học cho rằng Vụ nổ lớn xảy ra khoảng 13,7 tỷ năm trước.)

Tuổi cổ đại của lỗ đen này thực sự đặt ra một số vấn đề cho các nhà thiên văn học. Bí ẩn rực rỡ này dường như có khối lượng gấp 1 tỷ lần mặt trời. Thật khó để giải thích làm thế nào các lỗ đen trở nên nặng như vậy ngay sau Vụ nổ lớn.

Lỗ đen sáng nhất

Mặc dù lực hấp dẫn của các lỗ đen mạnh đến mức ngay cả ánh sáng cũng không thể thoát ra, nhưng chúng cũng tạo nên tâm của các chuẩn tinh , những vật thể phát sáng nhất, mạnh nhất và giàu năng lượng nhất trong vũ trụ.

Khi các lỗ đen siêu lớn ở trung tâm các thiên hà hút khí và bụi xung quanh, chúng có thể phun ra một lượng năng lượng khổng lồ. Chuẩn tinh sáng nhất được xác định cho đến nay là J043947.08+163415.7, nằm cách Trái đất khoảng 12,8 tỷ năm ánh sáng.

Lỗ đen lừa đảo

Khi các thiên hà va chạm, các lỗ đen có thể bị đá ra khỏi vị trí va chạm để lang thang tự do trong không gian. Lỗ đen lừa đảo đầu tiên được biết đến như vậy, SDSSJ0927+2943, có thể có khối lượng gấp khoảng 600 triệu lần khối lượng mặt trời và lao vút qua không gian với tốc độ khổng lồ 5,9 triệu dặm/giờ (9,5 triệu kph). Hàng trăm lỗ đen lừa đảo có thể đi lang thang trong Dải Ngân hà.

Lỗ đen hạng trung

Các nhà khoa học từ lâu đã nghĩ rằng lỗ đen có ba kích cỡ - về cơ bản là nhỏ, trung bình và lớn. Các lỗ đen tương đối nhỏ có khối lượng bằng một vài mặt trời là phổ biến, trong khi các lỗ đen siêu lớn có khối lượng từ hàng triệu đến hàng tỷ mặt trời được cho là ẩn nấp ở trung tâm của gần như mọi thiên hà. Chẳng hạn, một khối lượng lớn hơn bốn triệu mặt trời được cho là đang ẩn náu ở trung tâm Dải Ngân hà.

Tuy nhiên, các lỗ đen khối lượng trung bình đã lảng tránh các nhà thiên văn học trong nhiều năm, cho đến năm 2009. Đó là khi các nhà khoa học phát hiện ra một trong những lỗ đen khối lượng trung bình đầu tiên, được gọi là HLX-1 (Nguồn tia X siêu sáng 1) , xấp xỉ 290 triệu tia sáng. năm từ Trái đất. Vật thể bí ẩn dường như có kích thước khoảng 20.000 lần khối lượng Mặt trời.

Các lỗ đen cỡ trung bình được cho là nền tảng của các lỗ đen siêu lớn, vì vậy hiểu thêm về chúng có thể làm sáng tỏ cách thức những con quái vật này và các thiên hà bao quanh chúng phát triển.

Hố đen quay nhanh nhất

Các lỗ đen có thể xoay cấu trúc không gian xung quanh chúng với tốc độ phi thường. Một lỗ đen có tên GRS 1915+105, trong chòm sao Aquila (Đại bàng) cách Trái đất khoảng 35.000 năm ánh sáng, đang quay hơn 950 lần mỗi giây.

Một vật thể được đặt ở rìa chân trời sự kiện của lỗ đen — rìa mà không gì có thể thoát ra được — sẽ quay xung quanh nó với tốc độ hơn 333 triệu dặm/giờ (536 triệu kph), hay bằng khoảng một nửa tốc độ ánh sáng.

Hố đen để bàn

Rất may, các lỗ đen cách Trái đất khá xa, nhưng khoảng cách này khiến việc thu thập manh mối có thể giúp giải quyết nhiều bí ẩn xung quanh chúng trở nên khó khăn. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu hiện đang tái tạo các đặc tính bí ẩn của lỗ đen trên mặt bàn .

Ví dụ, các lỗ đen sở hữu lực hấp dẫn mạnh đến mức không có gì, kể cả ánh sáng, có thể thoát ra sau khi rơi qua một biên giới được gọi là chân trời sự kiện. Các nhà khoa học đã tạo ra một chân trời sự kiện nhân tạo trong phòng thí nghiệm bằng sợi quang học. Họ cũng đã tái tạo cái gọi là bức xạ Hawking được cho là thoát ra khỏi lỗ đen.