Có bằng chứng về việc hố đen tồn tại không?

[hlco]

Hệ thống quảng cáo SangNhuong.com

Có, bạn không thể thấy trực tiếp một hố đen, tất nhiên là vậy, bởi vì ánh sáng không thể thoát ra khỏi chân trời. Điều đó có nghĩa là chúng ta phải dựa trên các chứng cớ không trực tiếp rằng hố đen tồn tại. Giả sử bạn đã tìm thấy một vùng không gian nơi bạn nghĩ rằng có thể có một hố đen. Làm sao bạn có thể kiểm tra là nó có ở đấy hay không? Điều đầu tiên bạn muốn làm là tính toán xem có bao nhiêu khối lượng trong vùng đó. Nếu bạn tìm thấy một khối lượng lớn tập trung bên trong một thể tích nhỏ, và nếu khối lượng đó tối, thế thì đã có một phán đoán tốt là ở đó có một hố đen. Có hai kiểu hệ thống mà các nhà thiên văn học tìm thấy các vật thể chắc nịch, khối lượng lớn và tối đó: trung tâm các thiên hà (có lẽ gồm cả Ngân hà của chúng ta), và các hệ thống đôi phát ra tia X trong chính Thiên hà của chúng ta.

Theo một bài báo gần đây của Kormendy and Richstone (xuất hiện trong lần xuất bản năm1995 của cuốn ?Các báo cáo hàng năm của Thiên văn học và Vật lý học thiên thể? (Annual Reviews of Astronomy and Astrophysics), tám thiên hà đã được quan sát thấy chứa những vật thể có khối lượng lớn và tối đó ở tâm. Khối lượng tại trung tâm các thiên hà đó nằm trong phạm vi từ một triệu đến nhiều tỷ lần khối lượng Mặt Trời. Khối lượng được đo đạc bằng cách quan sát tốc độ các ngôi sao và khí quay quanh trung tâm Thiên hà: tốc độ quỹ đạo càng nhanh thì lực hút trung tâm càng phải lớn để giữ ngôi sao và khí trong quỹ đạo của nó. (Đây là cách thường được dùng nhất để đo khối lượng trong thiên văn học. Ví dụ, chúng ta đo khối lượng Mặt Trời bằng cách quan sát các hành tinh quay quanh chúng với tốc độ nhanh bao nhiêu, và chúng ta đo khối lượng các vật thể tối trong các thiên hà bằng cách đo đạc các vật thể quay ở quỹ đạo ngoài của nó có tốc độ bao nhiêu.)

Các vật thể tối có khối lượng khổng lồ ở trung tâm thiên hà đó được cho là các hố đen vì ít nhất hai lý do. Thứ nhất, rất khó để tưởng tượng ra chúng có thể là một thứ gì khác: chúng quá đặc và tối để là các ngôi sao hay các bầy sao. Thứ hai, lý thuyết nhiều triển vọng duy nhất để giải thích các vật thể bí ẩn được biết tới là các quasar và các thiên hà hoạt động đòi hỏi các thiên hà đó phải có các hố đen với khối lượng siêu khổng lồ ở trung tâm. Nếu lý thuyết này là chính xác, thì một phần lớn các thiên hà - tất cả những thứ hiện được biết đến hay được cho là các thiên hà hoạt động - phải có các hố đen với khối lượng siêu khổng lồ ở trung tậm. Gộp lại với nhau, các cuộc tranh cãi đó mạnh mẽ cho rằng trung tâm của các thiên hà đó có chứa hố đen, nhưng chúng vẫn chưa tạo thành một chứng minh tuyệt đối.

Hai phát hiện rất gần đây đã ủng hộ mạnh mẽ giả thuyết rằng các hệ thống đó thực sự chứa các hố đen. Thứ nhất, một thiên hà hoạt động gần đây được tìm thấy có chứa một hệ thống ?water maser? (một nguồn các bức xạ vi sóng cực mạnh) gần tâm của nó. Sử dụng kỹ thuật dụng cụ đo giao thoa vạch ranh giới cực dài, một nhóm các nhà nghiên cứu đã có thể vẽ bản đồ việc phân bố tốc độ khí bên trong chưa đầy nửa năm ánh sáng của trung tâm thiên hà. Từ việc đo đạc này họ có thể kết luận rằng vật thể khối lượng khổng lồ ở trung tâm thiên hà này tập trung trong bán kính chưa tới nửa năm ánh sáng. Rất khó để tưởng tượng ra bất kỳ thứ gì khác ngoài hố đen có thể có một khối lượng lớn như vậy tập trung trong một thể tích nhỏ như vậy. (Kết quả này đã được Miyoshi và những người khác trích dẫn lại trong kỳ xuất bản ngày 12 tháng Một của tờ Nature, tập 373, trang 127.)

Một sự phát hiện thứ hai thậm chí còn cung cấp bằng chứng thuyết phục hơn. Các nhà thiên văn học tia X đã kiểm tra một đường quang phổ từ một tâm thiên hà cho thấy sự hiện diện của các nguyên tử gần tâm đang chuyển động với tốc độ cực lớn (khoảng 1/3 tốc độ ánh sáng). Hơn nữa, sự phát xạ từ các nguyên tử đó đã chuyển dịch về phía đỏ theo cách mà mọi người có thể cho rằng sự phát xạ đến từ gần trung tâm của hố đen. Những quan sát đó sẽ rất khó để giải thích trong bất kỳ cách nào khác ngoài hố đen, và nếu chúng được kiểm tra, thì giả thuyết rằng một số thiên hà chứa các hố đen khối lượng siêu lớn ở tâm sẽ được bảo đảm tuyệt vời. (Kết quả này được báo cáo trong kỳ xuất bản ngày 22 tháng Sáu 1995 của tờ Nature, tập 375, trang 659, bởi Tanaka và những người khác.)

Một lớp các thứ có thể gọi là hố đen hoàn toàn khác biệt khác được tìm thấy ngay trong thiên hà của chúng ta. Chúng sáng hơn và là các hố đen kiểu sao, được cho là đã hình thành khi một ngôi sao có khối lượng lớn chấm dứt cuộc sống trong một vụ nổ sao siêu mới. Nếu một hố đen kiểu sao như vậy tắt đi ở một nơi nào đó, chúng ta sẽ không có nhiều hy vọng tìm thấy nó. Tuy nhiên, nhiều ngôi sao xuất hiện trong hệ sao đôi ? các cặp sao quay với quỹ đạo xung quanh nhau. Nếu một ngôi sao trong hệ sao đôi đó trở thành hố đen, chúng ta có thể thám sát nó. Đặc biệt, trong một số hệ sao đôi chứa một vật thể nén như một hố đen, vật chất bị hút từ vật thể kia để tạo thành ?một đĩa lớn dần lên? gồm các quặng xoáy về phía hố đen. Các vật chất trong đĩa lớn dần lên đó rất nóng và càng ngày càng rơi dần về phía hố đen, và nó phát ra lượng lớn bức xạ, đa số là tia X trong dải quang phổ. Nhiều ?hệ sao đôi tia X? như vậy đã được biết tới, và một số chúng được cho là rất giống ứng cử viên hố đen.

Giả sử bạn đã tìm được một hệ sao đôi tia X. Làm sao bạn có thể nói rằng vật thể nén tối đó là một hố đen? Một điều chắc chắn bạn sẽ muốn làm là ước tính khối lượng của nó. Bằng cách đo đạc tốc độ quỹ đạo của ngôi sao nhìn thấy (cùng với một số ít thứ khác nữa), bạn có thể đưa ra khối lượng của vật thể đi kèm không nhìn thấy kia. (Kỹ thuật khá giống với cái chúng ta đã miêu tả phần trên đối với các hố đen có khối lượng siêu khổng lồ ở trung tâm thiên hà: các ngôi sao càng quay nhanh thì lực hấp dẫn càng phải lớn để giữ nó ở nguyên vị trí, và vật thể đi kèm không nhìn thấy đó có khối lượng càng lớn.) Nếu khối lượng của vật thể nén đó cực cực lớn, thế thì chưa có bất kỳ vật thể gì chúng ta đã biết có thể như vậy ngoài một hố đen. (Một ngôi sao thông thường với khối lượng như thế chắc chắn phải nhìn thấy. Tàn dư của một ngôi sao như một sao neutron sẽ không thể tự nó chống lại được trọng lực, và sẽ sụp đổ thành một hố đen.) Việc tổng hợp các ước tính khối lượng đó cùng một số nghiên cứu chi tiết về phát xạ từ đĩa lớn dần lên cung cấp các chứng cớ chi tiết đầy sức mạnh rằng vật thể nghi vấn đó quả thực là một hố đen. Có rất nhiều vật như thế được cho là giống hố đen tuy về chứng cớ có ít hơn. Hơn nữa, lĩnh vực nghiên cứu này đã trở nên rất sôi động từ năm 1992, và số lượng những vật được coi là ứng cử viên lớn đã tăng thêm hơn ba lần.