Lỗ đen là một trong những thực thể bí ẩn và hấp dẫn nhất trong vũ trụ. Vô số nhà khoa học đã làm việc chăm chỉ để khám phá những bí ẩn của lỗ đen.
Tuy nhiên, chúng ta thấy gì khi bị cuốn vào vòng xoáy hấp dẫn của lỗ đen? Câu hỏi này vẫn là một bí ẩn vũ trụ học cho đến gần đây. Ở thời điểm hiện tại, cuối cùng chúng ta cũng có cơ hội xem qua bí ẩn của lỗ đen và khám phá thế giới bí mật ẩn sâu trong vũ trụ.

Thuyết tương đối rộng của Einstein đã tiết lộ rằng lực hấp dẫn chính là kết quả của độ cong của không gian-thời gian và lỗ đen thật sự là một hiện tượng cực kỳ của độ cong không gian-thời gian. Ảnh: Zhihu
Các nhà khoa học xác định rằng sự hình thành của lỗ đen chủ yếu liên quan đến cái chết của các ngôi sao. Trong suốt quá trình tiến hóa của một ngôi sao, có một giai đoạn nào đó khi phản ứng tổng hợp hạt nhân không còn xảy ra và ngôi sao hết nhiên liệu. Lúc này, lõi bên trong của ngôi sao không thể chống lại lực hấp dẫn của chính nó và sụp đổ. Quá trình này được gọi là "sự suy sụp lõi" của ngôi sao.
Sau khi lõi sụp đổ, ngôi sao sẽ thu nhỏ đáng kể và khối lượng sẽ tập trung vào một không gian rất nhỏ. Khi khối lượng lõi đạt đến một giới hạn nhất định, lực hấp dẫn sẽ không thể bị chống lại bởi bất kỳ lực nào và ngôi sao sẽ hoàn toàn sụp đổ thành một thiên thể cực kỳ nhỏ gọn, tạo thành một lỗ đen mới.

Lực hấp dẫn mạnh mẽ của lỗ đen gây ra sự bẻ cong cực độ của không gian xung quanh, hình thành một ranh giới gọi là "horizon sự kiện". Tất cả các vật chất và thông tin vượt qua ranh giới này sẽ không thể thoát ra ngoài.
Các loại lỗ đen
Dựa trên cách hình thành và tính chất của chúng, ta có thể phân loại lỗ đen thành ba danh mục: lỗ đen khối lượng của sao, lỗ đen khối lượng trung bình và lỗ đen siêu khổng lồ.
Các lỗ đen khối lượng sao là những vùng không gian có khối lượng khoảng 10 lần lớn hơn khối lượng của Mặt Trời và chúng được tạo ra từ sự sụp đổ của các ngôi sao. Đây là loại lỗ đen phổ biến nhất và đã có nhiều lỗ đen loại này được phát hiện cho đến nay.
Các lỗ đen có trung bình khối lượng nằm giữa các lỗ đen có khối lượng sao và các lỗ đen siêu lớn, có khối lượng từ vài nghìn đến một triệu khối lượng Mặt Trời. Mặc dù vậy, vẫn còn tranh cãi giữa các nhà khoa học về cách hình thành các lỗ đen như vậy.
Các lỗ đen siêu lớn là những vết thương nặng của vũ trụ, với khối lượng vượt trội, từ hàng triệu đến hàng tỷ lần so với khối lượng Mặt Trời. Nhà khoa học giả định rằng chúng có thể ra đời thông qua cơ chế đặc thù, như sự đoàn kết của các thiên hà hoặc sự sụp đổ của các vảy tại tâm thiên hà.

Lực hấp dẫn của lỗ đen tăng cường cùng với kích thước của nó. Trong Vùng biên của lỗ đen, lực hấp dẫn vô cùng mạnh mẽ và thậm chí Ánh sáng cũng không thể thoát ra khỏi sức hấp dẫn đó. Do đó, lỗ đen trở thành một trong những Cái bẫy hấp dẫn nhất trên toàn Vũ trụ, thu hút và nuốt chửng Tất cả các vật chất và thiên hà ở xung quanh. Ảnh: Zhihu
Môi trường khắc nghiệt và những cảnh tượng đáng kinh ngạc khi rơi vào lỗ đen
Khi một vật thể đổ vào lỗ đen, nó sẽ trải qua một chuỗi các yếu tố môi trường quyết liệt và những khung cảnh đáng sợ. Đầu tiên, trường hấp dẫn sẽ gia tăng rất nhanh, tạo thành một ngưỡng hấp dẫn rất cao. Độ lớn của ngưỡng hấp dẫn này to đến mức mà thậm chí cả vật liệu mạnh nhất sẽ phải bị xé ra thành từng mảnh nhỏ với kích thước nguyên tử. Các vật liệu như đá, kim loại và cả cơ thể con người đều không thể chống lại được sức hút mãnh liệt của lỗ đen.
Khi một đối tượng tiếp cận ranh giới của lỗ đen, hay còn được gọi là "sự kiện ngưỡng", mọi thứ bắt đầu trở nên kỳ lạ hơn. Bởi vì sức hấp dẫn mạnh mẽ, ánh sáng bị uốn cong tạo nên một hiệu ứng thị giác bất thường. Khi đối tượng đó tiếp cận lỗ đen, ánh sáng bị biến dạng tạo thành những hình dạng lạ lẫm giống như ánh sáng ảo. Hiệu ứng này được gọi là "kính lăng hấp dẫn" và thực sự là biểu hiện của sức hấp dẫn đáng kinh ngạc của lỗ đen.
Trên đại dương sự kiện, thời gian bị uốn cong một cách ấn tượng. Hiệu ứng của lý thuyết tương đối làm cho thời gian chậm lại so với thế giới bên ngoài, cho phép thời gian ở gần lỗ đen kéo dài đáng kể với thế giới bên ngoài. Về phía những vật thể rơi vào hố đen, thời gian có thể chỉ trôi qua trong vài giây, nhưng thế giới bên ngoài có thể đã trải qua hàng năm hay hàng trăm năm.

Đĩa bồi tụ lỗ đen là một cấu trúc vật chất hình vòng bị thu hút vào lỗ đen nhờ vật chất gần kề, tạo ra nhiệt độ cao do ma sát và bức xạ. Những nghiên cứu này đem đến những dấu hiệu quan trọng giúp ta đào sâu vào sự chuyển động của vật chất quanh lỗ đen cũng như ước tính khối lượng của nó. Hình ảnh: Zhihu.
Lỗ đen có thể khiến cho các vật thể xâm nhập sâu hơn phải đối diện với các điều kiện khắc nghiệt hơn. Tâm của lỗ đen, hay còn được gọi là "điểm kỳ dị", là một nơi vô cùng khó giải thích bằng kiến thức vật lý của chúng ta. Với mật độ và trọng lực vô hạn nhưng thể tích vô cùng nhỏ, các định luật vật lý cổ điển sẽ không còn áp dụng được ở đây. Tính kết hợp của cơ học lượng tử và thuyết tương đối rộng sẽ trở thành lý thuyết duy nhất để giải thích bản chất của lỗ đen.
Với các môi trường khắc nghiệt và khung cảnh kinh ngạc này, khi vật chất rơi vào lỗ đen sẽ không còn tồn tại trong vũ trụ quen thuộc của chúng ta. Chúng có thể hoàn toàn biến mất hoặc trở thành một phần của lỗ đen. Chúng ta không có câu trả lời rõ ràng về số phận cuối cùng của vật chất trong lỗ đen, điều này càng làm tăng thêm tính bí ẩn của lỗ đen.
Dù lỗ đen là một trong những điểm bí ẩn đầy thú vị nhất trên vũ trụ, nhưng hiện tại sự hiểu biết của chúng ta về chúng vẫn còn giới hạn. Các nhà khoa học đang cố gắng tìm hiểu về bản chất và hành vi của lỗ đen, hy vọng sẽ có thể tiết lộ ra những bí mật mà chúng đang giấu kín. Bằng cách quan sát bức xạ xung quanh lỗ đen và sử dụng các kỹ thuật mô phỏng tiên tiến, chúng ta có thể hiểu rõ hơn về môi trường khắc nghiệt và những cảnh tượng đáng kinh ngạc khi vật chất rơi vào lỗ đen.

Bằng cách quan sát các sự kiện sáp nhập lỗ đen trong vũ trụ, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng hiện tượng này xảy ra thường xuyên. Sự kiện sáp nhập lỗ đen là kết quả của các vụ nổ sóng hấp dẫn khổng lồ trong vũ trụ, và các xung sóng hấp dẫn được tạo ra có thể được ghi lại bởi các máy dò sóng hấp dẫn trên Trái đất. Bằng cách quan sát và phân tích các sự kiện sóng hấp dẫn này, các nhà khoa học có thể nghiên cứu quá trình hình thành và phát triển của lỗ đen và cấu trúc của vũ trụ. Ảnh: Zhihu