Những vùng không thời gian có lực hấp dẫn mạnh đến mức ánh sáng không thể thoát ra
Lỗ đen
Lỗ đen là những vật thể cực kỳ dày đặc được hình thành khi các ngôi sao lớn sụp đổ hoặc khi vật chất bị nén vào một vùng có lực hấp dẫn định hình lại không thời gian và nhốt mọi thứ vượt qua chân trời sự kiện.
Lỗ đen là gì
Lỗ đen không phải là lỗ theo nghĩa thông thường. Đó là một vùng không thời gian nơi lực hấp dẫn trở nên mãnh liệt đến mức, vượt qua ranh giới gọi là chân trời sự kiện, không gì có thể quay trở lại, kể cả ánh sáng. Điều đó không làm cho lỗ đen trở nên vô hình trong thực tế. Hiệu ứng của chúng có thể được suy ra từ chuyển động của các ngôi sao gần đó, khí nóng và ánh sáng bị bẻ cong và cung cấp năng lượng bởi môi trường xung quanh.
Chúng hình thành như thế nào
Nhiều lỗ đen hình thành khi một ngôi sao lớn hết nhiên liệu và lõi của nó sụp đổ dưới lực hấp dẫn của chính nó. Nếu phần lõi còn sót lại đủ nặng thì không có lực nào được biết đến có thể ngăn chặn sự sụp đổ. Các lỗ đen khác có thể phát triển bằng cách hợp nhất với các lỗ đen nhỏ hơn hoặc bằng cách ăn khí, bụi và sao ở những vùng dày đặc như trung tâm thiên hà.
Chân trời sự kiện và điểm kỳ dị
Chân trời sự kiện đánh dấu điểm không thể quay lại. Nó là một ranh giới hình học, không phải là một bề mặt vật lý, nhưng việc vượt qua nó sẽ thay đổi những con đường có thể xuyên qua không thời gian. Sâu bên trong những mô hình đơn giản nhất, vật chất bị nén về một điểm kỳ dị, nơi mà vật lý hiện tại không còn đưa ra mô tả đáng tin cậy nữa. Điều đó không có nghĩa là điểm kỳ dị đã được hiểu một cách đầy đủ; nó có nghĩa là lý thuyết của chúng tôi không đầy đủ ở mật độ cực cao.
Những gì chúng ta có thể quan sát
Các nhà thiên văn học phát hiện lỗ đen thông qua bằng chứng gián tiếp Vật chất rơi vào bên trong có thể nóng lên và phát sáng dưới dạng tia X. Các ngôi sao quay quanh một người bạn đồng hành vô hình có thể tiết lộ một khối lượng ẩn giấu. Sóng hấp dẫn có thể đánh dấu sự hợp nhất của hai lỗ đen. Năm 2019, Kính thiên văn Chân trời Sự kiện đã tạo ra hình ảnh đầu tiên về bóng của lỗ đen trong thiên hà M87, mang lại cái nhìn trực tiếp về khu vực xung quanh đường chân trời.
Thời gian, ánh sáng và trọng lực
Lỗ đen là một trong những hệ quả rõ ràng nhất của thuyết tương đối rộng của Einstein. Ở gần chúng, thời gian chạy khác nhau tùy theo vị trí, ánh sáng bị bẻ cong mạnh và bản thân không thời gian cũng đủ cong để chi phối chuyển động. Điều đó khiến chúng trở thành những phòng thí nghiệm hữu ích để kiểm tra lực hấp dẫn trong những điều kiện không thể tái tạo được trên Trái đất.
Tại sao chúng quan trọng
Các lỗ đen định hình các thiên hà, ảnh hưởng đến sự hình thành sao và cung cấp năng lượng cho một số sự kiện sáng nhất trong vũ trụ khi chúng ăn vật chất ở gần. Chúng cũng buộc các nhà vật lý phải đối mặt với ranh giới giữa thuyết tương đối rộng và lý thuyết lượng tử. Những câu hỏi về điều gì xảy ra với thông tin, vật chất và entropy ở gần lỗ đen vẫn là một trong những câu hỏi sâu sắc nhất trong vật lý hiện đại.