Lỗ đen – Wikipedia tiếng Việt

Mô phỏng lỗ đen uốn cong không thời hạn quanh nó, Open nhiều ảnh của cùng một sao cũng như vành Einstein Hình minh họa một lỗ đen có khối lượng gấp vài lần Mặt Trời cùng với sao sát cánh của nó hoạt động gần nhau đến mức khoảng cách giữa chúng nhỏ hơn số lượng giới hạn Roche. Vật chất của ngôi sao 5 cánh gần đó bị lỗ đen hút về tạo nên đĩa bồi tụ vật chất. Chùm hạt và bức xạ nguồn năng lượng cao phóng ra ở hai cực do tác động ảnh hưởng của sự quay quanh trục và từ trường của lỗ đen .

Lỗ đen hay hố đen (tiếng Anh: black hole), là một vùng không-thời gian nơi trường hấp dẫn mạnh đến mức không có gì—không hạt vật chất hay cả bức xạ điện từ như ánh sáng— có thể thoát khỏi nó.[4][5][6] Thuyết tương đối rộng tiên đoán một lượng vật chất với khối lượng đủ lớn nằm trong phạm vi đủ nhỏ sẽ làm biến dạng không thời gian để trở thành lỗ đen. Xung quanh lỗ đen là một mặt xác định bởi phương trình toán học gọi là chân trời sự kiện, mà tại đó khi vật chất vượt qua nó sẽ không thể thoát ra ngoài lỗ đen được. Lỗ đen gọi là “đen” bởi vì nó hấp thụ mọi bức xạ và vật chất hút qua chân trời sự kiện, giống như một vật đen tuyệt đối trong nhiệt động lực học; nó cũng không phải là một loại “lỗ” hay “hố” nào mà là vùng không thời gian không để cho một thứ gì thoát ra.[7][8] Lý thuyết trường lượng tử trong không thời gian cong tiên đoán tại chân trời sự kiện lỗ đen có phát ra bức xạ giống như vật đen có nhiệt độ nhất định phát ra bức xạ nhiệt. Nhiệt độ này tỉ lệ nghịch với khối lượng của lỗ đen, khiến cho rất khó quan sát được bức xạ này đối với các lỗ đen có khối lượng sao hay trung bình.

Trong thế kỷ 18, John Michell và Pierre-Simon Laplace từng xét đến vật thể có trường mê hoặc mạnh miêu tả bởi cơ học cổ xưa khiến cho ánh sáng không hề thoát ra. Lý thuyết tân tiến tiên phong về đặc thù của lỗ đen nêu bởi Karl Schwarzschild năm 1916 khi ông tìm ra nghiệm đúng mực tiên phong cho phương trình trường Einstein, [ 9 ] mặc dầu ý nghĩa vật lý và cách lý giải về vùng không thời hạn mà không thứ gì hoàn toàn có thể thoát được do David Finkelstein nêu ra tiên phong vào năm 1958. [ 10 ] Trong một thời hạn dài, những nhà vật lý coi nghiệm Schwarzschild là miêu tả toán học thuần túy. Cho đến thập niên 1960, những nghiên cứu và điều tra triết lý mới chỉ ra rằng lỗ đen hình thành theo những tiên đoán ngặt nghèo của thuyết tương đối tổng quát. Khi những nhà thiên văn học phát hiện ra những sao neutron, pulsar và Cygnus X-1 – một lỗ đen trong hệ sao đôi, thì những tiên đoán về quy trình suy sụp mê hoặc trở thành hiện thực, và khái niệm lỗ đen cùng với những thiên thể đặc chuyển thành kim chỉ nan miêu tả những thực thể đặc biệt quan trọng này trong vũ trụ .Theo kim chỉ nan, lỗ đen khối lượng sao hình thành từ sự suy sụp mê hoặc của những sao có khối lượng rất lớn trong tiến trình cuối của quy trình tiến hóa. Sau khi hình thành, chúng liên tục lôi cuốn vật chất từ thiên nhiên và môi trường xung quanh, và khối lượng tăng dần lên theo thời hạn. Cùng với quy trình hòa trộn và sáp nhập hai hay nhiều lỗ đen mà sống sót những lỗ đen khổng lồ với khối lượng từ vài triệu cho đến hàng chục tỷ lần khối lượng Mặt Trời. Các dự án Bất Động Sản khảo sát cho thấy phần lớn tại TT thiên hà lớn đều sống sót tối thiểu một lỗ đen khổng lồ .Mặc dù theo định nghĩa nó là vật thể đen trọn vẹn hay vô hình dung, sự sống sót của lỗ đen hoàn toàn có thể suy đoán trải qua tương tác của nó với môi trường tự nhiên vật chất xung quanh và bức xạ như ánh sáng. Vật chất rơi vào lỗ đen hình thành lên vùng bồi tụ, [ 11 ] ở đây vật chất va chạm và ma sát với nhau, trở thành trạng thái plasma phát ra bức xạ cường độ lớn ; khiến môi trường tự nhiên bao quanh lỗ đen trở thành một trong những vật thể sáng nhất trong vũ trụ. Nếu có một ngôi sao 5 cánh quay quanh lỗ đen, hình dáng và chu kỳ luân hồi quỹ đạo của nó được cho phép những nhà thiên văn tính ra được khối lượng của lỗ đen và khoảng cách đến nó. Những tài liệu này giúp họ phân biệt được thiên thể đặc là lỗ đen hay sao neutron … Theo cách này, nhiều lỗ đen được phát hiện ra nằm trong hệ sao đôi, và tại TT Ngân Hà có một lỗ đen khổng lồ với khối lượng xê dịch 4,3 triệu lần khối lượng Mặt Trời. [ 12 ]Lý thuyết về lỗ đen, nơi có trường mê hoặc mạnh tập trung chuyên sâu trong vùng không thời hạn nhỏ, là một trong số những kim chỉ nan cần sự tổng hợp của thuyết tương đối tổng quát miêu tả lực mê hoặc với Mô hình chuẩn của cơ học lượng tử. Và lúc bấy giờ, những nhà kim chỉ nan vẫn đang trên con đường kiến thiết xây dựng thuyết mê hoặc lượng tử để hoàn toàn có thể miêu tả vùng kì khôi tại TT lỗ đen. [ 13 ]Sự kiện đo được trực tiếp tiên phong về sóng mê hoặc do nhóm LIGO loan báo ngày 11 tháng 2 năm năm nay cũng đã chứng tỏ trực tiếp sự sống sót hệ hai lỗ đen khối lượng sao quay quanh nhau và sau cuối sáp nhập để tạo thành một lỗ đen quay khối lượng lớn hơn. [ 14 ]

Mục lục nội dung

Lịch sử điều tra và nghiên cứu[sửa|sửa mã nguồn]

Ý tưởng về một vật thể khối lượng lớn khiến cho ánh sáng không hề thoát ra khỏi nó lần tiên phong nêu bởi John Michell trong một lá thư gửi tới Henry Cavendish ở Hội Hoàng gia năm 1783 :

” Nếu nửa đường kính của một khối cầu với cùng khối lượng như Mặt Trời, nhỏ hơn nửa đường kính của Mặt Trời với tỉ lệ 500 trên 1, một vật rơi từ điểm xa vô cùng về phía nó sẽ thu được tốc độ tại lúc chạm mặt phẳng khối cầu lớn hơn vận tốc ánh sáng ; và giả sử là ánh sáng bị hút với cùng một lực tỉ lệ theo khối lượng quán tính, giống như những vật khác, mọi ánh sáng phát ra từ mặt phẳng của khối cầu sẽ quay trở lại nó do lực hút mê hoặc của khối cầu. “[15]— John Michell

Năm 1796, Pierre-Simon Laplace cũng nêu ra ý niệm này trong ấn bản lần thứ nhất và thứ hai của cuốn sách Exposition du système du Monde (nhưng nó đã bị bỏ đi trong những lần ấn bản sau).[16][17] Những “ngôi sao” tối này sau đó bị lãng quên vào thế kỷ 19, do đa số các nhà vật lý nghĩ rằng ánh sáng không có khối lượng và không thể bị ảnh hưởng bởi lực hấp dẫn.[18]

Thuyết tương đối rộng[sửa|sửa mã nguồn]

Năm 1915, Albert Einstein hoàn thành xong thuyết tương đối rộng, mà trước đó ông đã tiên đoán được trường mê hoặc làm lệch đường đi của tia sáng. Chỉ hai tháng sau khi công bố kim chỉ nan, nhà thiên văn học Karl Schwarzschild tìm thấy nghiệm đúng mực tiên phong cho phương trình trường Einstein, nghiệm miêu tả trường mê hoặc cho một khối lượng điểm hoặc khối cầu phân bổ đều trong ” hệ tọa độ cầu ” bốn chiều. [ 9 ] Vài tháng sau Schwarzschild, Johannes Droste, lúc đó là sinh viên của Hendrik Lorentz, cũng độc lập đưa ra nghiệm tương tự như cho khối lượng điểm và khảo cứu thêm những đặc thù của nghiệm này. [ 19 ] [ 20 ] Nghiệm này có một đặc thù kỳ lạ mà ngày này gọi là nửa đường kính Schwarzschild, biên giới mà tại đó không thời hạn miêu tả bởi tọa độ Schwarzschild trở lên gián đoạn, hay mặt biên này chia hệ tọa độ làm hai vùng tách biệt nhau ; và lúc đó những nhà vật lý nghĩ rằng phương trình trường Einstein không miêu tả tốt tại nửa đường kính này. Họ đã không hiểu thấu đáo thực chất của mặt phẳng này khi đó. Năm 1924, Arthur Eddington chứng tỏ được nửa đường kính này biến mất cũng như không thời hạn sẽ vẫn liên tục nếu ông chọn một hệ tọa độ khác ( xem hệ tọa độ Eddington – Finkelstein ), đồng thời độ cong không thời hạn tại nửa đường kính Schwarzschild có giá trị hữu hạn vẫn không đổi giữa những hệ tọa độ. Mặc dù phải đợi cho đến tận năm 1933, Georges Lemaître mới nhận ra rằng điều này có nghĩa là kỳ dị tại nửa đường kính Schwarzschild là một kỳ dị toán học không có ý nghĩa vật lý. [ 21 ]Năm 1931, Subrahmanyan Chandrasekhar sử dụng thuyết tương đối hẹp cho chất khí Fermi của vật thể không tự quay – hay ngày này là sao lùn trắng cấu trúc bằng vật chất chống đỡ bởi áp suất từ những electron – tính ra được nếu trên một khối lượng xê dịch 1,4 khối lượng Mặt Trời ( thời nay gọi là số lượng giới hạn Chandrasekhar ) thì vật thể sẽ không sống sót không thay đổi. [ 22 ] Kết quả của ông bị 1 số ít nhà vật lý cùng thời phản đối như Eddington và Lev Landau, mà ông cho rằng có một chính sách chưa biết làm dừng quy trình suy sụp lại. [ 23 ] Họ đã đúng một phần : sao lùn trắng có khối lượng hơi lớn hơn số lượng giới hạn Chandrasekhar sẽ suy sụp mê hoặc thành sao neutron, [ 24 ] khi proton bị nén mê hoặc mạnh tích hợp với electron thành neutron, mà vật chất neutron hoàn toàn có thể không thay đổi nhờ nguyên tắc loại trừ Pauli. Nhưng vào năm 1939, Robert Oppenheimer cùng hai người khác chứng tỏ rằng, với ước tính ngặt nghèo hơn sau này, nếu những sao neutron có khối lượng giao động trên 3 lần khối lượng Mặt Trời ( số lượng giới hạn Tolman – Oppenheimer – Volkoff ) thì chúng cũng không hề sống sót không thay đổi và nhanh gọn suy sụp mê hoặc như Chandrasekhar từng tiên đoán, và họ Kết luận rằng không một định luật vật lý nào hoàn toàn có thể ngăn cản những loại sao khối lượng lớn suy sụp mê hoặc. [ 25 ] [ 26 ]Oppenheimer và đồng nghiệp lý giải kỳ dị tại nửa đường kính Schwarzschild như thể một khủng hoảng bong bóng với thời hạn ngừng lại tại biên này. Quan điểm này chỉ đúng với người quan sát đứng ở bên ngoài nửa đường kính Schwarzschild, nhưng không đúng so với một người rơi qua biên và hướng về tâm lỗ đen. Bởi vì đặc thù này, những nhà vật lý từng gọi ngôi sao 5 cánh suy sụp mê hoặc thành ” ngôi sao 5 cánh bị ngừng hoạt động “, [ 27 ] chính do quan sát viên đứng ở xa bên ngoài sẽ thấy hình ảnh của vật rơi vào lỗ đen như dừng lại tại phía ngoài sát biên giới của nửa đường kính Schwarzschild, và nếu vật có phát ra ánh sáng thì ánh sáng đó sẽ từ từ mờ đi rồi tắt hẳn, tuy nhiên so với vật thể rơi vào tâm lỗ đen nó sẽ chỉ mất một thời hạn hữu hạn để đi qua chân trời sự kiện. [ 28 ] [ 29 ]

Thời kỳ vàng[sửa|sửa mã nguồn]

Năm 1958, David Finkelstein miêu tả mặt phẳng Schwarzschild như một chân trời sự kiện, ” một màng tưởng tượng không phương hướng hoàn hảo nhất : những ảnh hưởng tác động nhân quả chỉ hoàn toàn có thể đi qua mặt theo một hướng nhất định “. [ 30 ] Nhận xét này không xích míc với tác dụng của Oppenheimer và đồng nghiệp, nhưng được cho phép lan rộng ra chúng sang quan điểm của quan sát viên đang rơi vào trong lỗ đen. Hệ tọa độ của Finkelstein lan rộng ra nghiệm Schwarzschild miêu tả những người rơi vào lỗ đen sẽ thấy cấu trúc không thời hạn đổi khác như thế nào trong quy trình rơi xuống. Martin Kruskal ngay sau đó nêu ra chiêu thức lan rộng ra khá đầy đủ trọn vẹn cho nghiệm này. [ 31 ]Những tác dụng này là sự khởi đầu cho ” thời kỳ vàng của thuyết tương đối rộng “, do Kip Thorne đặt tên, ghi lại thời gian thuyết tương đối tổng quát và vật lý lỗ đen trở thành một trong những hướng điều tra và nghiên cứu chính của vật lý học tân tiến. [ 32 ] Trong thời hạn này có thêm sự tò mò ra pulsar năm 1967, [ 33 ] [ 34 ] mà sau đó vào năm 1969, Antony Hewish chỉ ra đây là những sao neutron quay rất nhanh quanh trục của chúng. [ 35 ] Cho đến tận thời gian đó, những nhà vật lý coi sao neutron, giống như lỗ đen, là những mẫu hình kỳ lạ của thuyết tương đối rộng ; nhưng việc phát hiện ra những pulsar có những đặc thù vật lý tương quan đến quy mô triết lý cũng chứng tỏ những thiên thể đặc mê hoặc khác phải hình thành từ sự suy sụp mê hoặc .Trong thời hạn này, thêm 1 số ít nghiệm đúng chuẩn miêu tả lỗ đen được tìm ra. Năm 1963, Roy Kerr tìm được nghiệm đúng chuẩn cho một lỗ đen đứng yên quay quanh trục của nó. Hai năm sau, Ezra Newman tổng quát hóa mêtric Kerr cho lỗ đen quay và mang điện tích. [ 36 ] Và những điều tra và nghiên cứu tiếp sau đó của Werner Israel, [ 37 ] Brandon Carter, [ 38 ] [ 39 ] và David Robinson [ 40 ] dần mang lại định lý lỗ đen ” không có tóc “, phát biểu rằng nghiệm đúng chuẩn miêu tả lỗ đen đứng yên chỉ cần ba tham số trong mêtric Kerr – Newman ; khối lượng, động lượng quay, và điện tích là đủ. [ 41 ]Ban đầu, những nhà vật lý nghĩ rằng những đặc thù lạ mắt của những mêtric miêu tả lỗ đen là do cách lựa chọn những đặc thù đối xứng trong quy trình tìm giải thuật cho phương trình trường Einstein, và do vậy miền lạ mắt Open chỉ mang tính tự tạo và không mang ý nghĩa vật lý trong mọi trường hợp. Quan điểm này được những nhà vật lý Vladimir Belinsky, Isaak Khalatnikov, và Evgeny Lifshitz ủng hộ khi họ cố gắng nỗ lực chứng tỏ không sống sót những lạ mắt trong những trường hợp nói chung. [ 42 ] Tuy nhiên, vào cuối những năm 1960 Roger Penrose [ 43 ] và Stephen Hawking sử dụng kĩ thuật toàn cục để chứng tỏ rằng mọi metric miêu tả lỗ đen đều Open kì quặc trong đó. [ 44 ]Những điều tra và nghiên cứu của James Bardeen, Jacob Bekenstein, Carter, và Hawking trong đầu thập niên 1970 đã khai sinh ra ngành nhiệt động lực học lỗ đen. [ 45 ] Những định luật này miêu tả những đặc thù của lỗ đen theo những đặc thù tương tự như như những định luật của nhiệt động lực học bởi liên hệ giữa khối lượng và nguồn năng lượng, diện tích quy hoạnh chân trời sự kiện với entropy, và mê hoặc mặt phẳng với nhiệt độ. Vào năm 1974, Hawking triển khai xong những liên hệ này khi chứng tỏ rằng triết lý trường lượng tử trong không thời hạn cong tiên đoán những lỗ đen có phát ra những bức xạ – giống như vật đen ở nhiệt độ xác lập phát ra bức xạ nhiệt – tỷ suất với mê hoặc mặt phẳng của lỗ đen. [ 46 ]

Thuật ngữ “lỗ đen” do nhà vật lý John Wheeler lần đầu tiên nhắc tới trong một bài giảng năm 1967. Mặc dù cộng đồng khoa học coi ông là người khai sinh ra thuật ngữ này, nhưng ông luôn nói rằng ông lấy tên gọi này từ một người khác gợi ra ý tưởng cho ông. Trước đó, bài báo đầu tiên sử dụng thuật ngữ lỗ đen trong bài viết “Black Holes in Space” của nhà báo Ann Ewing, đề ngày 18 tháng 1 năm 1964, đọc trong hội nghị của Hiệp hội Mỹ vì sự phát triển khoa học AAAS.[47] Sau khi Wheeler phổ biến thuật ngữ này ra, nó nhanh chóng được giới khoa học và công chúng sử dụng rộng rãi.

Các đặc thù và cấu trúc[sửa|sửa mã nguồn]

M87 có nguồn gốc từ một lỗ đen quay khối lượng 6,6 tỷ lần khối lượng Mặt Trời tại tâm của thiên hà đó.Luồng hạt và bức xạ dài khoảng chừng 5.000 ly hoạt động nhanh phát ra từ thiên hàcó nguồn gốc từ một lỗ đen quay khối lượng 6,6 tỷ lần khối lượng Mặt Trời tại tâm của thiên hà đó .Định lý không có tóc phát biểu rằng, lúc đạt đến điều kiện kèm theo không thay đổi sau khi hình thành, một lỗ đen đứng yên chỉ cần ba tham số vật lý độc lập để miêu tả nó : khối lượng, điện tích, và mô men động lượng. [ 41 ] [ 48 ] Bất kỳ hai lỗ đen nào mà có cùng những đặc thù vật lý này, hay mỗi cặp ba tham số bằng nhau, thì không hề phân biệt được với nhau theo cơ học cổ xưa ( hay là phi – lượng tử ) .Những đặc thù này đặc biệt quan trọng vì một người đứng ở bên ngoài lỗ đen sẽ đo được ba tham số này. Ví dụ, một hố đen mang điện tích sẽ đẩy những lỗ đen khác mang điện tích cùng dấu khác giống như trong tĩnh điện học cổ xưa. Tương tự, tổng khối lượng ( theo nghĩa nguồn năng lượng + khối lượng ), khối lượng ADM, bên trong lỗ đen hoàn toàn có thể tìm được bằng cách sử dụng định luật Gauss cho mê hoặc hoặc quan sát quỹ đạo của những vật thể quay quanh nó. [ 49 ] Và so với mô men động lượng, một người ở xa hoàn toàn có thể xác lập được trải qua hiệu ứng kéo hệ quy chiếu gây bởi sự tự quay của nó ( trường mê hoặc từ ). [ 50 ]Khi một vật rơi vào lỗ đen, bất kể thông tin nào về hình dạng, phân bổ điện tích … của vật đó trọn vẹn biến mất so với quan sát viên đứng ở ngoài xa lỗ đen. Tính chất của chân trời sự kiện trong trường hợp này như một hệ tiêu tán tương tự như với một màng hai chiều, trên đó tưởng tượng sống sót chất lỏng có ma sát mang điện tích và dẫn điện, trong không thời hạn bốn chiều — hay quy mô màng về lỗ đen. [ 51 ] Đặc điểm này khác với những kim chỉ nan trường khác của vật lý học như trường điện từ cổ xưa, mà chúng không có ma sát hay độ dẫn điện ở cấp vi mô, do tại chúng tuân theo đối xứng thời hạn, trong khi một vật rơi vào lỗ đen thì không hề bay trở ra được. Bởi vì trạng thái không thay đổi sau khi hình thành lỗ đen chỉ cần miêu tả bởi ba tham số, không có cách nào để tránh khỏi mất thông tin về những điều kiện kèm theo khởi đầu : trường mê hoặc và điện từ của lỗ đen cho rất ít thông tin về trạng thái trước khi hình thành nó và về những cái rơi vào nó. Ví dụ, một vệ tinh nhân tạo hình lập phương rơi vào lỗ đen thì tất cả chúng ta chỉ biết được, về nguyên tắc, lỗ đen tăng thêm khối lượng bằng khối lượng vệ tinh còn không hề biết được vệ tinh có hình lập phương hay hình tròn trụ tròn. Ngoài ra, có rất nhiều dạng thông tin vật lý bị mất, những đại lượng không hề đo được bởi một người đứng ở xa bên ngoài chân trời sự kiện, gồm có những đại lượng tuân theo định luật bảo toàn, số lượng tử, số baryon và số lepton, số hạt mang điện tích … Những điều này được phát biểu toán học chi tiết cụ thể hơn ở nghịch lý thông tin bị mất trong lỗ đen. [ 52 ] [ 53 ]

Tính chất vật lý[sửa|sửa mã nguồn]

Lỗ đen siêu khối lượng hút vật chất bao quanh nó và chùm tia nguồn năng lượng cao phóng ra do hệ quả của lỗ đen quay quanh trục .Loại lỗ đen đơn thuần nhất là chỉ có khối lượng mà không có điện tích hay quay quanh trục của nó. Những lỗ đen này được miêu tả bằng mêtric Schwarzschild mang tên Karl Schwarzschild, người đã tìm ra giải thuật đúng chuẩn cho phương trình của thuyết tương đối tổng quát năm 1916. [ 9 ] Theo định lý Birkhoff, đây là nghiệm miêu tả không thời hạn vùng chân không bên ngoài một khối vật chất có dạng đối xứng cầu. [ 54 ] Điều này có nghĩa là không có sự độc lạ giữa trường mê hoặc của một lỗ đen với những vật thể khác với nửa đường kính lớn hơn dạng cầu có cùng khối lượng. [ 55 ] Hình ảnh thông dụng trong kiến thức và kỹ năng đại chúng về một lỗ đen đó là nó hút mọi thứ xung quanh về phía chân trời sự kiện của nó ; xa bên ngoài lỗ đen, trường mê hoặc do lỗ đen làm cong không thời hạn quanh nó trở lên yếu đi và giống với trường mê hoặc của vật thể cầu cùng khối lượng. [ 56 ]Cũng có những nghiệm tổng quát hơn miêu tả gần với thực tiễn của lỗ đen. Lỗ đen dạng cầu mang điện tích được miêu tả bởi mêtric Reissner – Nordström, tuy nhiên trong vũ trụ hầu hết những lỗ đen là trung hòa về điện. Lỗ đen đứng yên và quay quanh trục miêu tả theo mêtric Kerr. Mô hình tổng quát nhất cho lỗ đen đứng yên, quay quanh trục và mang điện tích đó là mêtric Kerr – Newman, do Erza Newman tìm ra. [ 57 ]

Trong thuyết tương đối rộng, khối lượng lỗ đen có thể nhận một giá trị dương bất kỳ, nhưng giá trị điện tích và mô men động lượng bị giới hạn theo giá trị khối lượng của nó. Trong đơn vị Planck, tổng điện tích Q và mô men động lượng toàn phần J thỏa mãn bất đẳng thức

Q. 2 + ( J M ) 2 ≤ M 2 { \ displaystyle Q ^ { 2 } + \ left ( { \ tfrac { J } { M } } \ right ) ^ { 2 } \ leq M ^ { 2 } \, }Q^{2}+\left({\tfrac  {J}{M}}\right)^{2}\leq M^{2}\,

Phân loại theo tính chất

Không quay (J = 0)

Quay (J ≠ 0)

Trung hòa (Q = 0)

Schwarzschild
Kerr

Điện tích (Q ≠ 0)

Reissner–Nordström

Kerr–Newman

với M là khối lượng lỗ đen. Những lỗ đen có giá trị các tham số thỏa mãn dấu bằng của bất đẳng thức gọi là các lỗ đen cực trị. Cũng tồn tại những nghiệm của phương trình trường Einstein vi phạm bất đẳng thức này, nhưng trong nghiệm lại không có một chân trời sự kiện. Các nhà vật lý lý thuyết gọi những nghiệm này là kì dị trần trụi, tức là điểm kì dị mà người ở xa bên ngoài nhìn thấy được nó hay không bị ngăn cản bởi một chân trời sự kiện.[58][59] Nhà toán lý Roger Penrose đưa ra phỏng đoán kiểm duyệt vũ trụ khi ông cho rằng, ngoài kì dị Big Bang, thì không tồn tại kì dị trần trụi nào xuất hiện sau quá trình suy sụp hấp dẫn của vật chất trong vũ trụ.[60][61] Các mô phỏng trên siêu máy tính cho kết quả ủng hộ giả thuyết này.[62]

Do cường độ tương đối lớn của lực điện từ, những lỗ đen hình thành từ sự suy sụp mê hoặc của những sao sẽ trung hòa về điện. Cũng có lỗ đen sau khi hình thành chúng quay rất nhanh quanh trục, một đặc thù hoàn toàn có thể suy ra từ định luật bảo toàn mô men động lượng. Có năng lực trong hệ hai thiên thể, GRS 1915 + 105 với một nguồn tia X mạnh chứa lỗ đen, [ 63 ] mà những nhà thiên văn đo được tốc độ tự quay của nó đạt xê dịch giá trị cực lớn theo thống kê giám sát trên kim chỉ nan cho một lỗ đen .

Trong vật lý thiên văn, lỗ đen còn được phân loại theo khối lượng của chúng không kể tới hai tham số kia; ngoài cách phân loại theo tính chất là khối lượng, mô men động lượng J hay điện tích Q. Kích thước của một lỗ đen, như được xác định bằng bán kính của chân trời sự kiện, hay bán kính Schwarzschild, tỉ lệ với khối lượng M của nó

r S = 2 G M c 2 ≈ 2, 95 M M ⊙ k m { \ displaystyle r_ { S } = { \ frac { 2GM } { c ^ { 2 } } } \ approx 2,95 \, { \ frac { M } { M_ { \ odot } } } ~ \ mathrm { km } }r_{S}={\frac  {2GM}{c^{2}}}\approx 2,95\,{\frac  {M}{M_{{\odot }}}}~{\mathrm  {km}}

với rS là bán kính Schwarzschild và MSun symbol.svg là khối lượng Mặt Trời.[66] Liên hệ này chỉ đúng chính xác cho lỗ đen không quay quanh trục và không có điện tích; đối với lỗ đen tổng quát nói chung giá trị này có thể lớn gấp 2 lần.

Đến 2013, lỗ đen có khối lượng nhỏ nhất từng đo được là GRO J0422+32 với xấp xỉ 5 MSun symbol.svg,[67] mặc dù năm 2008 các nhà khoa học NASA công bố phát hiện thiên thể XTE J1650-500 có khối lượng xấp xỉ 3,8 lần khối lượng Mặt Trời[68] nhưng sau đó các kết quả đo đạc lại chứng tỏ nó có khối lượng ít nhất 5-10 khối lượng Mặt Trời.[69] Một số lỗ đen có khối lượng lớn nhất bao gồm: tại trung tâm thiên hà NGC 1277, cách Trái Đất 220 x 106 ly với giá trị 17 x 109 MSun symbol.svg;[70] hệ hai lỗ đen OJ 287 có khối lượng lần lượt 100 x 106 và 17 ~ 18 x 109 MSun symbol.svg nằm cách Trái Đất 3,5 x 109 ly;[71] tại trung tâm thiên hà NGC 4889 cách Trái Đất 308 x 106 ly với khối lượng 21 x 109 MSun symbol.svg (với độ bất định 6 ~ 37 x 109 MSun symbol.svg).[72]

Chân trời sự kiện[sửa|sửa mã nguồn]

BH-no-escape-1.svg
Một hạt ở xa bên ngoài lỗ đen có thể chuyển động theo hướng bất kỳ, như minh họa bởi các mũi tên. Nó chỉ bị giới hạn bởi tốc độ ánh sáng.[73]
BH-no-escape-2.svg
Càng gần lỗ đen, không thời gian bao quanh nó bị uốn cong mạnh hơn (thể hiện bởi nón ánh sáng theo lưới màu vàng nhạt và xanh nhạt). Bắt đầu có nhiều đường đi của hạt dẫn về lỗ đen hơn các đường di chuyển tự do.[Ct 1]
BH-no-escape-3.svg
Bên trong chân trời sự kiện, mọi đường đi của hạt hướng về tâm lỗ đen và hạt không thể thoát ra được.

Bề mặt biểu kiến của lỗ đen được định nghĩa tại chân trời sự kiện — biên giới trong không thời hạn mà khi vượt qua nó vật chất và bức xạ chỉ hoàn toàn có thể đi về tâm lỗ đen. Không một thứ gì, ngay cả ánh sáng, hoàn toàn có thể từ trong lỗ đen thoát ra ngoài chân trời sự kiện. Chân trời sự kiện được định nghĩa như vậy chính bới so với những sự kiện xảy ra bên trong nó, mọi thông tin của sự kiện không hề vượt ra ngoài để đến được một quan sát viên ở xa lỗ đen, khiến cho người đó không hề biết được bên trong nó là như thế nào. [ 75 ]Thuyết tương đối tổng quát tiên đoán khối lượng làm uốn cong không thời hạn khiến cho quỹ đạo ( hay đường trắc địa ) của hạt hoặc của photon bị lệch hướng về phía khối lượng đó. [ 76 ] Tại chân trời sự kiện của lỗ đen, độ cong không thời hạn trở lên rất lớn khiến cho không một đường nào hoàn toàn có thể đi ra khỏi lỗ đen .Đối với một người ở rất xa, họ sẽ thấy những đồng hồ đeo tay càng gần lỗ đen chạy chậm hơn so với những đồng hồ đeo tay nằm xa hơn. [ 77 ] Do hiệu ứng này, gọi là sự giãn thời hạn do mê hoặc, quan sát viên ở xa thấy một vật rơi vào lỗ đen có vẻ như hoạt động chậm dần đi khi nó đến gần chân trời sự kiện, và cần một thời hạn vô hạn để đến tới chân trời này. [ 78 ] Nếu như vật phát ra ánh sáng xanh, thì quan sát viên ở ngoài sẽ thấy ánh sáng càng đỏ hơn và mờ hơn khi vật tiến đến chân trời sự kiện, một hiệu ứng mà những nhà vật lý gọi là di dời đỏ do mê hoặc. [ 79 ] Tuy so với người ở xa tưởng chừng như vật đó rơi đến và đứng yên tại nơi gần biên giới lỗ đen, nhưng so với vật thể nó chỉ cần thời hạn hữu hạn để vượt qua chân trời lỗ đen. [ 28 ] [ 29 ]Hình dạng của chân trời sự kiện lỗ đen luôn luôn có dạng giao động hình cầu. [ Ct 2 ] [ 82 ] Đối với lỗ đen đứng yên không quay, biên giới lỗ đen có dạng hình cầu. Nếu lỗ đen đứng yên và quay quanh trục thì nó có dạng hình phỏng cầu và theo những phương trình toán học nó có hai chân trời sự kiện. [ 83 ]

Vùng kì khôi[sửa|sửa mã nguồn]

Minh họa lỗ sâu đục .Một đặc thù của thuyết tương đối tổng quát đó là trong những nghiệm miêu tả lỗ đen, tại TT của nó có một vùng kì quặc mê hoặc, nơi độ cong không thời hạn có giá trị vô hạn ( hay lạ mắt độ cong ). [ 84 ] Đối với lỗ đen không quay, vùng này chỉ là một điểm r = 0, và so với lỗ đen quay, vùng này hình thành lên vòng tròn kì khôi nằm trong mặt phẳng của xích đạo lỗ đen. [ 85 ] Trong cả hai trường hợp, vùng lạ mắt có thể tích bằng không. Các nhà vật lý cũng chứng tỏ được rằng vùng kì quặc chứa hàng loạt khối lượng của lỗ đen. [ 86 ] Do vậy hoàn toàn có thể coi vùng này có tỷ lệ vật chất lớn vô hạn .Cách gọi điểm kì khôi hay vòng tròn kì khôi mê hoặc chỉ là tên gọi cho dễ thông dụng. Chúng thường được trình diễn trên khoảng trống hai hay ba chiều nhằm mục đích dễ tưởng tượng bằng trực giác. Còn thực tiễn vùng kì quặc nằm trong không thời hạn bốn chiều, và ” điểm kì quặc ” mê hoặc không phải là điểm hình học Euclid như định nghĩa của nó. [ 87 ]Như nghiên cứu và phân tích ở trên, chân trời sự kiện là mặt biên trong mêtric diễn đạt lỗ đen tại r = rS, và có vẻ như 1 số ít giá trị vật lý tại mặt này ( như thời hạn một vật rơi qua biên giới lỗ đen đo bởi người ở xa ) có giá trị vô hạn. Nhưng thực ra nó là một mặt định nghĩa bằng thuần túy toán học, Open do việc lựa chọn hệ tọa độ nhằm mục đích miêu tả không thời hạn và khi lựa chọn hệ tọa độ khác thì giá trị vô hạn mất đi tại mặt này ( còn gọi là kì quặc tọa độ ). [ 88 ] Nhưng so với vùng kì quặc mê hoặc thì lại khác, những nhà vật lý không hề vô hiệu nó bằng cách chọn một hệ tọa độ tương thích nào khác. Những lạ mắt này Open và là thuộc tính không tránh khỏi của thuyết tương đối tổng quát, với những mêtric miêu tả lỗ đen hay tại thời gian khai sinh vũ trụ, kì quặc Big Bang. [ 89 ]Một vệ tinh kích cỡ nhỏ đi vào lỗ đen Schwarzschild không hề tránh khỏi chạm vào vùng kì quặc một khi nó đã băng qua chân trời sự kiện. Vệ tinh chỉ hoàn toàn có thể làm chậm quy trình rơi vào đến gần chân trời bằng cách sử dụng động cơ phản lực, nhưng khi vượt qua nó thì không hề cứu vãn được. [ 90 ] Khi vệ tinh chạm đến điểm kì quặc, hàng loạt khối lượng của nó sẽ hòa trộn vào tỷ lệ khối lượng vô hạn của lạ mắt lỗ đen. Trước khi đến TT, vật thể sẽ trải qua ảnh hưởng tác động của lực thủy triều lên cấu trúc và bị xé tan nát thành những mảnh vụn nhỏ. [ 91 ]Sự Open không tránh khỏi của những vùng lạ mắt mê hoặc trong mêtric không thời hạn của thuyết tương đối rộng hàm ý kim chỉ nan chưa triển khai xong ở cấp vi mô. [ 92 ] Tuy nhiên, sự mất hiệu lực thực thi hiện hành này hoàn toàn có thể xử lý được khi tính tới tác động ảnh hưởng của cơ học lượng tử tại Lever vi mô, ở khoanh vùng phạm vi tỷ lệ vật chất là rất lớn và 4 tương tác cơ bản giữa những hạt không hề bỏ lỡ được. Cho tới nay, vẫn chưa có một kim chỉ nan đồng điệu nào phối hợp hiệu suất cao giữa cơ học lượng tử và hiệu ứng mê hoặc thành một triết lý hoàn hảo, mặc dầu nhiều nhà vật lý đã đưa ra những quy mô khác về một triết lý gọi chung là mê hoặc lượng tử. Họ cũng hy vọng rằng một khi có được kim chỉ nan này thì những vùng kì khôi sẽ biến mất. [ 93 ] [ 94 ]

Mặt cầu photon[sửa|sửa mã nguồn]

Mặt cầu photon là biên giới hạn hình cầu mà những photon có hướng của vectơ tốc độ tiếp tuyến với nó sẽ bị bẫy trong một quỹ đạo tròn là đường tròn lớn của mặt cầu. Đối với lỗ đen không quay, mặt cầu photon có nửa đường kính bằng 1,5 lần nửa đường kính Schwarzschild rS. Trên triết lý, photon rơi vào những quỹ đạo này sẽ hoạt động mãi mãi trên đó. [ 95 ] Tuy nhiên, về mặt động lực, những quỹ đạo này không không thay đổi, do vậy bất kể một nhiễu loạn nhỏ nào ( như những hạt photon tương tác với hạt khác trong quy trình rơi vào lỗ đen ) khiến cho hạt hoặc có quỹ đạo hướng thoát ra ngoài hoặc bị hút về phía chân trời sự kiện. [ 96 ] [ 97 ]Bên trong mặt cầu photon, không hề sống sót quỹ đạo tròn cho photon. Nếu chiếu tia sáng ra bên ngoài thì nó vẫn hoàn toàn có thể thoát khỏi tác động ảnh hưởng của lỗ đen, nhưng nếu chiếu ánh sáng về phía lỗ đen thì ánh sáng sẽ bị nó hấp thụ trọn vẹn. Do vậy nếu một quan sát viên nhận được ánh sáng phát ra từ phía trong mặt cầu photon thì chắc như đinh nguồn sáng phải nằm bên trong mặt cầu này và vẫn ở phía ngoài chân trời của lỗ đen. [ 98 ]Những sao đặc khác, như sao neutron, về mặt triết lý nếu nó đặc và nhỏ hơn nữa, cũng sẽ có một mặt cầu photon bao quanh. [ 99 ] Điều này là do trong thuyết tương đối tổng quát, trường mê hoặc là biểu lộ sự cong của không thời hạn và không nhờ vào nửa đường kính của vật thể, do đó bất kể một thiên thể nào có nửa đường kính nhỏ hơn 1,5 rS tính theo khối lượng của nó thì sẽ có một mặt cầu photon. [ 100 ]Đối với lỗ đen quay quanh trục miêu tả bởi mêtric Kerr, sống sót hai quỹ đạo tròn số lượng giới hạn của photon đồng phẳng với mặt phẳng xích đạo lỗ đen và những quỹ đạo khác không đồng phẳng, không tròn được cho phép photon hoạt động bán không thay đổi trên đó mặc dầu những quỹ đạo này cùng thuộc một mặt cầu-hay quỹ đạo cầu. [ 96 ] [ 101 ] Đối với lỗ đen Kerr, trên mặt phẳng xích đạo, một quỹ đạo tròn tương ứng với những photon hoạt động theo hướng cùng với chiều quay của lỗ đen và nằm gần lỗ đen hơn, còn vòng tròn kia tương ứng với photon hoạt động theo chiều ngược lại và nằm ở xa lỗ đen. [ 102 ]Tuy những quỹ đạo của photon trên mặt cầu này là không không thay đổi, chúng không có ý nghĩa vật lý do nó chỉ xác lập ranh giới ở đầu cuối mà lỗ đen được cho phép tia sáng hoạt động tròn quanh nó. Những mặt cầu và quỹ đạo photon này đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành hình ảnh quang học của những đĩa vật chất bồi tụ bao quanh lỗ đen. [ 95 ] [ 96 ]

Vùng sản công[sửa|sửa mã nguồn]

Minh họa số lượng giới hạn tĩnh ( vùng sản công màu xám ) và chân trời sự kiện lớp trong và lớp ngoài của một lỗ đen quay. ” a ” là tham số Spin quay của lỗ đen ; với giá trị a nhỏ mặt sản công trở thành một hình ellipsoid, trong khi với tham số a giá trị lớn dần tới 1, mặt sản công có hình quả bí ngô. Các hệ tọa độ sử dụng ở đây là hệ tọa độ Boyer-Lindquist và hệ tọa độ Kerr-Schild. Các trục có đơn vị chức năng GM / c². Nếu a = 0 cả hai hệ tọa độ cho miêu tả chân trời sự kiện theo nghiệm Schwarzschild .Có một vùng không thời hạn bao quanh lỗ đen quay mà khi vật nằm trong vùng này nó không hề đứng im được gọi là mặt cầu sản công ( ergosphere ). Kết quả này là do ảnh hưởng tác động của hiệu ứng kéo hệ quy chiếu ; thuyết tương đối tổng quát tiên đoán rằng một vật quay quanh trục sẽ ” kéo ” không thời hạn lân cận vật đó. Vì vậy bất kể vật nào nằm gần khối lượng quay sẽ mở màn hoạt động xoay quanh vật TT theo chiều quay của nó. Đối với lỗ đen quay quanh trục, hiệu ứng trở lên rất mạnh gần chân trời sự kiện khiến ngay cả ánh sáng cũng không hề hoạt động ngược với chiều quay của lỗ đen. [ 103 ] [ 104 ]

Vùng sản công của lỗ đen quay giới hạn bởi chân trời sự kiện (ngoài) và bên trong một hình cầu dẹt tiếp xúc với chân trời sự kiện tại hai cực (xem hình). Biên phía ngoài này đôi khi còn gọi là mặt sản công.

Các vật và bức xạ vẫn hoàn toàn có thể thoát ra bên ngoài từ trong vùng sản công, chúng thoát ra theo hướng quay của lỗ đen yên cầu ít nguồn năng lượng hơn so với thoát theo hướng ngược lại. Thông qua chính sách Penrose, hoàn toàn có thể thu năng lượng từ lỗ đen quay bằng cách gửi những vật từ xa bên ngoài vào vùng sản công. Khi vật ở trong vùng này thực thi một cách nào đó tách nó ra làm hai vật, sao cho một vật rơi vào lỗ đen còn vật kia bắn ra khỏi vùng sản công. Penrose thống kê giám sát được năng lực vật bắn ra có nguồn năng lượng lớn hơn vật gửi vào. Năng lượng lấy đi này làm lỗ đen quay chậm dần lại theo thời hạn, và khi nó ngừng quay thì sẽ không sống sót vùng sản công nữa. [ 105 ] [ 106 ]

Đi vào bên trong lỗ đen và du hành thời hạn[sửa|sửa mã nguồn]

Minh họa đi vào chân trời lỗ đen .

  • Xem thêm mô phỏng đi vào lỗ đen tại trang jila.colorado.edu

Mọi thứ rơi qua chân trời lỗ đen vào vùng kì dị đều bị phá hủy hoàn toàn. Nhưng giả sử có nhà du hành vũ trụ mạo hiểm bắt đầu tiến gần thăm dò một lỗ đen siêu khối lượng bằng con tàu của mình. Lúc ở xa, người đó và con tàu ở trong trạng thái không trọng lượng vì lực hấp dẫn khá yếu, cơ thể anh ta cũng không cảm thấy có lực kéo nào.[107][108]

Đối với lỗ đen càng lớn, lực thủy triều gần chân trời sự kiện càng yếu hơn so với lỗ đen nhỏ hơn. Điều này được cho phép con tàu có năng lực tiếp cận biên giới lỗ đen. Giả sử nhà du hành ngồi lái với chân anh ta hướng về lỗ đen. Càng gần biên giới, nhà du hành cảm thấy rõ ràng lực thủy triều ảnh hưởng tác động lên phía chân mạnh hơn so với phần đầu. Giả sử con tàu và nhà du hành chịu được sức ép và kéo ; và băng qua chân trời sự kiện lỗ đen. Trong con tàu, nơi hệ tọa độ là cục bộ, anh ta sẽ không biết khi nào hay cảm xúc gì lúc con tàu băng qua mặt biên này ( ngoại trừ lực thuỷ triều ). [ 107 ] [ 108 ]

  • Trong lúc đi vào, nếu anh ta nhìn ngược ra phía ngoài vũ trụ, nhà du hành sẽ thấy các ngôi sao nằm lệch khỏi vị trí của chúng, càng vào sâu thì các ngôi sao càng sáng hơn và nằm gần nhau hơn. Điều này là do lỗ đen làm uốn cong không thời gian và hiệu ứng dịch chuyển bước sóng do hấp dẫn làm bước sóng tia sáng phát ra từ các ngôi sao bị hút về lỗ đen dịch chuyển về phía tím nhiều hơn. Khi đã băng qua chân trời, chỉ hết thời gian hữu hạn đo ở trong con tàu, anh ta cùng con tàu sẽ không tránh khỏi bị phá hủy bởi hiệu ứng thủy triều cực mạnh và hòa vào vùng kì dị của lỗ đen.[107][108]
  • Còn đối với người ở ngoài xa lỗ đen, thông qua tín hiệu con tàu phát ra (hay hình ảnh của nó), họ sẽ thấy con tàu rơi chậm dần về phía chân trời sự kiện. Tín hiệu nhận được sẽ chuyển dần từ bước sóng ngắn sang bước sóng dài hơn hay dịch chuyển đỏ hơn. Và dường như phải đợi rất lâu (gần như lâu vô hạn, đo bởi đồng hồ nằm rất xa lỗ đen) để thấy con tàu rơi qua biên giới lỗ đen. Người ở xa nhận được tín hiệu có bước sóng càng lúc càng dài, đến khi thiết bị của họ không còn khả năng thu được bước sóng dài đó nữa thì coi như hình ảnh và tín hiệu con tàu đã biến mất.[107][108][109]

Trong trường hợp của lỗ đen tích điện ( Reissner – Nordström ) hay lỗ đen quay quanh trục ( Kerr ), khi rơi vào chúng, về triết lý hoàn toàn có thể tránh được vùng kì khôi mê hoặc. Bằng cách lan rộng ra miêu tả toán học những nghiệm này lên mức tổng quát nhất hoàn toàn có thể, những nhà vật lý nhận thấy có năng lực một người đi vào những lỗ đen này sẽ thoát sang một vùng không thời hạn khác, và lúc này lỗ đen trở thành một chiếc cổng nối hay là lỗ sâu đục. [ 110 ] Tuy nhiên Xác Suất để du hành sang một vũ trụ khác là rất thấp do chỉ cần một nhiễu loạn nhỏ trong lỗ đen sẽ ngay lập tức hủy hoại chiếc cầu nối này và thay vào đó người đó sẽ rơi trở lại vùng lạ mắt mê hoặc. [ 111 ] Cũng có một năng lực được cho phép du hành theo những cung đóng kiểu thời hạn ( hay là quay ngược trở lại quá khứ của chính nhà du hành ) xung quanh vòng lạ mắt của lỗ đen Kerr, nhưng nó lại dẫn đến những yếu tố nguyên do – hiệu quả như nghịch lý ông nội ( người cháu có năng lực quay trở lại quá khứ và gặp lại ông nội của mình ). [ 112 ] Các nhà kim chỉ nan cho rằng không hề sống sót những năng lực kì khôi này một khi tính đến những hiệu ứng lượng tử cho lỗ đen mang điện tích hoặc quay quanh trục. [ 113 ]Nếu như nhà du hành thay vì đi thẳng vào lỗ đen, anh ta lái con tàu quay quanh nó rất nhiều vòng thì hiệu ứng giãn thời hạn do mê hoặc làm cho thời hạn trôi trong con tàu chậm hơn so với thời hạn đo bởi đồng hồ đeo tay ở rất xa lỗ đen. Sau khi quay đủ nhiều vòng, con tàu rời lỗ đen và quay trở lại nơi xuất phát. Lúc này nhà du hành có độ tuổi trẻ hơn nhiều so với những người tại đây, và coi như anh ta đã du hành đến tương lai của chính mình. [ 114 ]

Sự hình thành và tiến hóa[sửa|sửa mã nguồn]

Các hố đen hoàn toàn có thể hình thành khi một ngôi sao 5 cánh khổng lồ bùng phát ra nguyên vật liệu hạt nhân và sụp đổ dưới trọng tải riêng của nó. Nếu ngôi sao 5 cánh đủ lớn không có lực nào hoàn toàn có thể chống lại lực mê hoặc ngày càng tăng, và nó sẽ sụp đổ đến một điểm tỷ lệ vô hạn. Trước khi đạt đến quá trình này, trong khoanh vùng phạm vi nửa đường kính nhất định ( chân trời sự kiện ) bản thân ánh sáng trở nên bị mắc kẹt và vật thể trở nên vô hình dung. [ 4 ]

Với những đặc thù kỳ lạ của lỗ đen như đã nêu, một câu hỏi tự nhiên Open là những thiên thể kì khôi này có sống sót trong tự nhiên hay chúng chỉ là những nghiệm toán học trong phương trình Einstein. Năm 1939, trong một bài báo của Einstein, ông nghĩ là lỗ đen không hình thành trong vũ trụ, với lập luận rằng mô men động lượng quay của những hạt trong quy trình suy sụp giúp không thay đổi chúng tại 1 số ít nửa đường kính nhất định. [ 115 ] [ 116 ] [ 117 ] Nhưng chỉ vài tháng sau, Oppenheimer và tập sự lần tiên phong chỉ ra năng lực lỗ đen hình thành như thế nào bằng thuyết tương đối tổng quát. [ 117 ] Khi Schwarzschild tìm ra nghiệm của ông, khởi đầu những nhà vật lý nghĩ rằng lỗ đen hoàn toàn có thể sống sót tuân theo những định luật vật lý. Sau đó, trong nhiều năm Einstein và hội đồng vật lý lại nghĩ nó không sống sót, chỉ có một số ít người mới tráng lệ chăm sóc đến câu hỏi về sự sống sót của thực thể này [ 118 ] và cho đến cuối thập niên 1950, họ đã chứng tỏ được không hề có gì cản trở những ngôi sao 5 cánh khối lượng lớn suy sụp trở thành lỗ đen bao bởi chân trời sự kiện. [ 119 ]Khi chân trời sự kiện hình thành trong quy trình tiến độ suy sụp, Penrose chứng tỏ được là vùng kì khôi mê hoặc cũng phải hình thành ở bên trong nó. [ 43 ] Ngay sau đó, Hawking chỉ ra rằng những quy mô miêu tả vũ trụ về thời gian Vụ Nổ Lớn cũng Open những kì khôi mê hoặc mà không cần đến dạng vật chất lạ nào ( xem định lý lạ mắt mê hoặc Penrose-Hawking ). Mêtric Kerr, định lý ” không có tóc ” những định luật của nhiệt động học lỗ đen cho thấy những đặc thù vật lý của lỗ đen là đơn thuần và hoàn toàn có thể chớp lấy được, lúc này những thiên thể đặc từ những đối tượng người tiêu dùng kim chỉ nan trở thành ngành điều tra và nghiên cứu của thiên văn vật lý. [ 120 ] Quá trình cơ bản hình thành lỗ đen đó là sự suy sụp mê hoặc của những thiên thể khối lượng lớn như những ngôi sao 5 cánh già …, nhưng cũng có những quy trình khác dẫn đến hình thành lỗ đen. Thông qua quan sát tại bước sóng vô tuyến, hồng ngoại và tia X. .. trên mặt đất hay từ những đài quan sát vệ tinh đã chứng tỏ là lỗ đen quả thực sống sót trong vũ trụ. [ 6 ]

Suy sụp mê hoặc[sửa|sửa mã nguồn]

Mô phỏng quy trình suy sụp mê hoặc hình thành ra lỗ đen khối lượng sao và sóng mê hoặc .Minh họa vụ nổ siêu tân tinh từ sao khối lượng lớn hình thành lên lỗ đen .Giai đoạn suy sụp mê hoặc Open khi áp suất trong lòng vật thể không còn đủ lớn để chống lại lực hút mê hoặc của chính nó. Đối với ngôi sao 5 cánh, quy trình này Open hoặc là do nó có quá ít ” nguyên vật liệu ” còn lại để duy trì nhiệt độ trải qua những phản ứng tổng hợp hạt nhân sao, hoặc chính bới ngôi sao 5 cánh nhận thêm vật chất từ môi trường tự nhiên hoặc từ sao sát cánh khiến cho lực mê hoặc của nó lớn hơn áp suất trong lòng ngôi sao 5 cánh. Trong cả hai trường hợp, áp suất không đủ lớn để ngăn cản sự suy sụp mê hoặc dưới chính khối lượng của nó. [ 121 ] Quá trình suy sụp hoàn toàn có thể dừng lại bởi ” áp suất lượng tử ” của những thành phần hạt vật chất trong ngôi sao 5 cánh, hình thành lên dạng vật chất với tỷ lệ rất lớn trong nó. Kết quả này mang lại có một số ít kiểu sao đặc khác nhau. Kiểu sao đặc hình thành nhờ vào vào khối lượng vật chất còn lại sao khi những lớp bên ngoài đã bị thổi bay đi, như từ vụ nổ siêu tân tinh hoặc bởi gió sao thổi vật chất vào thiên nhiên và môi trường liên sao tạo nên tinh vân hành tinh. Do vậy khối lượng tàn dư thường nhỏ hơn rất nhiều khối lượng của sao gốc — ví dụ những thiên thể tàn dư có khối lượng trên 5 lần khối lượng Mặt Trời hình thành từ những ngôi sao 5 cánh bắt đầu có khối lượng trên 20 lần khối lượng Mặt Trời trước khi nó suy sụp mê hoặc. [ 121 ]Nếu khối lượng tàn dư vượt hơn 3 – 4 khối lượng Mặt Trời ( số lượng giới hạn Tolman – Oppenheimer – Volkoff [ 25 ] ) — do bởi ngôi sao 5 cánh gốc có khối lượng rất lớn hoặc do bởi thiên thể tàn dư tích tụ thêm vật chất trải qua đĩa bồi tụ — thì ngay cả áp suất lượng tử của những hạt neutron ( tuân theo nguyên tắc loại trừ Pauli ) là không đủ lớn để ngăn cản lực mê hoặc để tiến tới suy sụp mê hoặc. Không một chính sách nào khác ( ngoại trừ năng lực áp suất gây bởi vật chất quark, xem sao quark ) đủ mạnh để ngăn cản sự nổ vào bên trong và thiên thể đặc không hề tránh khỏi hình thành lên lỗ đen. [ 121 ]Các nhà vật lý kim chỉ nan cho rằng những lỗ đen khối lượng sao hình thành từ quy trình suy sụp mê hoặc của những ngôi sao 5 cánh gốc khối lượng lớn. Sự hình thành sao trong lúc vũ trụ còn sơ khai hoàn toàn có thể dẫn đến những ngôi sao 5 cánh có khối lượng rất lớn, với tiến trình cuối đời của chúng tạo ra những lỗ đen khối lượng cỡ ~ 102 khối lượng Mặt Trời. Những lỗ đen này hoàn toàn có thể là mầm hình thành lên lỗ đen siêu khối lượng thường tìm thấy tại TT của những thiên hà. [ 122 ]Trong khi đa phần nguồn năng lượng giải phóng trong quy trình suy sụp mê hoặc phát ra rất nhanh, một người ở xa bên ngoài không thực sự nhìn thấy quy trình này kết thúc. Ngay cả khi nó chỉ diễn ra trong một thời hạn hữu hạn so với hệ quy chiếu của vật chất đang rơi suy sụp, quan sát viên ở xa sẽ thấy vật chất rơi về TT chậm dần và dừng lại ngay trước chân trời sự kiện, do hiệu ứng ” giãn thời hạn do mê hoặc “. Ánh sáng phát ra từ vật chất co sụp càng mất thời hạn lâu hơn để đến được vùng bên ngoài, với ánh sáng phát ra ngay trước khi vật chất băng qua chân trời sự kiện mất khoảng chừng thời hạn gần vô hạn để tới được quan sát viên. Do vậy, người này sẽ không hề nhìn thấy hình thành chân trời sự kiện của lỗ đen. Vật chất suy sụp theo thời hạn trở lên mờ hơn và bước sóng ánh sáng phát ra di dời về phía đỏ nhiều hơn và ở đầu cuối tàn lụi đi, không còn thứ ánh sáng nào nữa. [ 123 ]

Lỗ đen nguyên thủy sau Vụ Nổ Lớn[sửa|sửa mã nguồn]

Suy sụp mê hoặc yên cầu tỷ lệ vật chất lớn. Trong kỷ nguyên hiện tại của vũ trụ những tỷ lệ cao này chỉ sống sót trong những sao, nhưng vào lúc vũ trụ mới hình thành sau Vụ Nổ Lớn tỷ lệ vật chất lúc đó rất cao, với năng lực được cho phép hình thành những lỗ đen nguyên thủy. Nếu chỉ có tỷ lệ cao không thôi thì chưa đủ để cho phép hình thành lỗ đen chính do sự phân bổ khối lượng đồng đều không khiến vật chất tích tụ lại với nhau. Để những lỗ đen nguyên thủy hình thành trong thiên nhiên và môi trường đậm đặc này, bắt đầu phải có sự thăng giáng tỷ lệ được cho phép vật chất tích tụ lại với nhau nhờ lực mê hoặc. Các quy mô khác nhau về thời kỳ sơ khai của vũ trụ cho những tiên đoán khác nhau về mức độ thăng giáng này. Một số quy mô tiên đoán những lỗ đen nguyên thủy sẽ hình thành, từ Lever khối lượng Planck cho đến hàng trăm lần khối lượng Mặt Trời. [ 124 ] Lỗ đen nguyên thủy hoàn toàn có thể tham gia vào quy trình hình thành lên lỗ đen khối lượng trung gian và lỗ đen siêu khối lượng .

Hình thành từ những hạt va chạm nguồn năng lượng cao[sửa|sửa mã nguồn]

Máy dò ATLAS của LHC

Ngoài quá trình suy sụp hấp dẫn hình thành lên lỗ đen, về nguyên lý thì những va chạm hạt năng lượng cao trong các máy gia tốc cũng có thể hình thành lỗ đen khi đạt mật độ cho phép.[125] Cho đến 2013, chưa một sự kiện nào được xác nhận, trực tiếp hay gián tiếp, một lỗ đen siêu nhỏ hình thành trong các máy gia tốc hạt.[126] Về mặt lý thuyết, giới hạn khối lượng cho phép hình thành lỗ đen siêu nhỏ nằm trong khoảng khối lượng Planck (mP = √ħc/G ≈ 12×1019 GeV/c2 ≈ 22×10−8 kg), nơi các hiệu ứng lượng tử có ảnh hưởng đáng kể.[127] Giới hạn này cho thấy trong mức hoạt động hiện nay của một số máy gia tốc thì không có khả năng sinh ra các lỗ đen siêu nhỏ. Mặt khác, một số lý thuyết về hấp dẫn lượng tử cho kết quả khối lượng Planck có thể còn có giá trị thấp hơn: có mô hình “thế giới brane” tính ra giá trị này bằng 1 TeV/c2.[128][129] Điều này cho phép các lỗ đen vi mô có thể sinh ra trong tích tắc tại những va chạm năng lượng cao của LHC tại CERN, hoặc chúng có thể sinh ra từ những tia vũ trụ năng lượng cao đi vào bầu khí quyển Trái Đất.[126] Mặc dù các lý thuyết là rất gợi mở, nhưng một số nhà vật lý không ủng hộ cho khả năng xuất hiện các lỗ đen siêu nhỏ trong các máy gia tốc nhân tạo.[130] Ngay cả khi những lỗ đen này hình thành, theo lý thuyết chúng sẽ nhanh chóng bốc hơi với khoảng thời gian 10−25 giây, và không gây ảnh hưởng đến Trái Đất.[126] Sự hình thành lỗ đen vi mô cũng liên quan tới phỏng đoán vòng về chu vi giới hạn của vật thể sau quá trình va chạm hoặc suy sụp.[62][129]

Phát triển và sáp nhập[sửa|sửa mã nguồn]

[71]Hai lỗ đen trong hệ OJ 287 .Trong thời hạn sống sót của lỗ đen, nó hoàn toàn có thể tăng thêm khối lượng bằng quy trình hút vật chất từ khoảng trống xung quanh vào. Nó sẽ liên tục hấp thụ khí và bụi liên sao từ thiên nhiên và môi trường xung quanh và cả bức xạ nền vi sóng vũ trụ. Quá trình hấp thụ khối lượng là một trong những quy trình cơ bản hình thành lên lỗ đen siêu khối lượng. [ 122 ] Và hoàn toàn có thể quy trình này cũng vận dụng cho những lỗ đen khối lượng trung gian nằm ở những cụm sao cầu. [ 131 ]Một chính sách khác đó là lỗ đen sáp nhập với những thiên thể khác như sao hay chính lỗ đen. Quá trình này đặc biệt quan trọng quan trọng vì nó mang lại năng lực lý giải hài hòa và hợp lý tại sao lại có những lỗ đen khổng lồ, mà chúng hình thành từ việc sáp nhập nhiều lỗ đen nhỏ hơn. [ 122 ] Các lỗ đen khối lượng khổng lồ nằm tại tâm mỗi thiên hà hoàn toàn có thể sáp nhập với nhau trong quá trình hai thiên hà va chạm và sáp nhập, và quy trình này hoàn toàn có thể xảy ra so với lỗ đen khối lượng trung gian, như Omega Centauri. [ 132 ] [ 133 ]Quá trình lôi cuốn vật chất về phía lỗ đen sẽ hình thành lên một đĩa sáng bồi tụ chứa vật chất trạng thái plasma nóng hàng triệu độ, và vùng này phát ra nguồn tia X rất mạnh. [ 134 ] [ 135 ] Chớp tia gamma thu được từ những đài quan sát vệ tinh phát ra từ những nguồn ở rất xa cũng hoàn toàn có thể lý giải từ quy trình sáp nhập hai sao đặc hoặc bởi lỗ đen hút những sao đặc khác. Thông qua nguồn tia X mà những nhà thiên văn hoàn toàn có thể nhận biết ra sự sống sót của lỗ đen. [ 11 ]Hai lỗ đen quay quanh nhau sẽ phát ra sóng mê hoặc mang nguồn năng lượng của hệ đi. Do mất nguồn năng lượng, chúng sẽ có quỹ đạo càng gần nhau hơn, ở đầu cuối khi hòa nhập lại sẽ hình thành một lỗ đen khối lượng lớn hơn và quay rất nhanh quay trục. Lỗ đen mới hoàn toàn có thể bị đẩy ra khỏi vùng của hai lỗ đen khởi đầu với tốc độ cỡ 400 km / s, và thậm chí còn sau thời hạn dài nó hoàn toàn có thể thoát khỏi thiên hà khởi đầu. [ 136 ]
Năm 1974, Hawking chứng tỏ rằng lỗ đen không trọn vẹn đen mà có phát ra một lượng nhỏ bức xạ nhiệt ; [ 46 ] một hiệu ứng mà ngày này gọi là bức xạ Hawking. Bằng cách vận dụng kim chỉ nan trường lượng tử cho một lỗ đen đứng yên trong không thời hạn, ông xác lập được nó sẽ phát ra những hạt trong phổ bức xạ vật đen tuyệt đối. Từ sau bài báo của Hawking, nhiều người đã xác nhận hiệu quả theo nhiều cách tiếp cận khác nhau. [ 137 ] Nếu kim chỉ nan của Hawking về lỗ đen bức xạ là đúng, thì những lỗ đen sẽ giảm dần khối lượng và bốc hơi sau một thời hạn chính do chúng mất khối lượng trải qua nguồn năng lượng của những hạt phát ra. [ 46 ] Nhiệt độ của phổ bức xạ ( nhiệt độ Hawking ) tỷ suất với giá trị mê hoặc mặt phẳng của lỗ đen, mà so với lỗ đen Schwarzschild, nhiệt độ tỷ suất nghịch với khối lượng của nó. Do vậy, những lỗ đen khối lượng lớn phát ra ít bức xạ hơn so với lỗ đen khối lượng nhỏ hơn. [ 138 ]Giả sử một lỗ đen có khối lượng bằng khối lượng Mặt Trời thì nó có nhiệt độ Hawking bằng 100 nanokelvin. Giá trị này nhỏ hơn hẳn nhiệt độ 2,7 K của bức xạ nền vi sóng vũ trụ. Do đó lỗ đen khối lượng sao hay lớn hơn sẽ nhận thêm khối lượng từ bức xạ nền vũ trụ so với lượng nhỏ bức xạ Hawking chúng phát ra, và thế cho nên chúng lớn lên thay vì nhỏ dần đi. Để có nhiệt độ Hawking lớn hơn 2,7 K ( và được cho phép bốc hơi ), lỗ đen phải có khối lượng nhỏ hơn khối lượng Mặt Trăng. Những lỗ đen này chỉ có đường kính bé hơn 1/10 của milimét. [ 139 ]

Lỗ đen càng nhỏ thì hiệu ứng bức xạ càng mạnh. Một lỗ đen có khối lượng bằng người bình thường sẽ ngay lập tức bốc hơi. Lỗ đen khối lượng bằng chiếc ô tô có đường kính khoảng 10−24 m bốc hơi xấp xỉ sau 1 nano giây, lúc đó nó sẽ phát sáng gấp 200 lần độ sáng Mặt Trời. Lỗ đen nhỏ hơn có thời gian bốc hơi ngắn hơn nữa; lỗ đen khối lượng 1 TeV/c2 chỉ cần ít hơn 10−88 giây để biến mất. Đối với những lỗ đen vi mô, các nhà khoa học kỳ vọng hiệu ứng hấp dẫn lượng tử trở lên đáng kể—mặc dù những phát triển hiện tại không cho thấy điều này[140]—và trên lý thuyết cho phép những lỗ đen vi mô có thể tồn tại ổn định.[141] Tuy lỗ đen có thể bốc hơi theo lý thuyết, nhưng nó không thể tách thành hai lỗ đen nhỏ hơn, lỗ đen chỉ có thể sáp nhập với nhau.[142]

Theo đặc thù của lỗ đen, nó không trực tiếp phát ra bất kể một tín hiệu nào ngoài giả thiết bức xạ Hawking ; do trong khoanh vùng phạm vi thiên văn vật lý bức xạ Hawking là rất yếu, cho nên vì thế không hề quan sát thấy bức xạ này từ Trái Đất. Trường hợp ngoại lệ cho bức xạ Hawking đó là tiến trình ở đầu cuối của những lỗ đen nguyên thủy bốc hơi phát ra nó ; mặc dầu chưa tìm kiếm thành công xuất sắc và điều này đặt ra số lượng giới hạn cho năng lực sống sót bức xạ này từ những lỗ đen nguyên thủy. [ 143 ] Kính thiên văn khoảng trống tia gamma Fermi của NASA phóng lên 2008 với một trong những mục tiêu của nó là tích lũy những tín hiệu này. [ 144 ]Quan sát thiên văn vật lý về lỗ đen phải dựa trên những quan sát gián tiếp. Sự sống sót của lỗ đen hoàn toàn có thể suy ra từ những ảnh hưởng tác động mê hoặc của nó với môi trường tự nhiên xung quanh. Một trong số những cuộc khảo sát đó là dự án Bất Động Sản ” Kính thiên văn Chân trời sự kiện ” hợp tác giữa những tổ chức triển khai quốc tế đang nỗ lực lần tiên phong quan sát trực tiếp được vùng bao quanh chân trời sự kiện của lỗ đen. [ 145 ]

Đo sóng mê hoặc từ hai hố đen sáp nhập[sửa|sửa mã nguồn]

Mô phỏng hoạt động quỹ đạo xoáy tròn và hợp nhất của hai hố đen tựa như với sự kiện GW150914 .Ngày 14 tháng 9 năm năm ngoái, hai Trạm quan sát sóng mê hoặc bằng giao thoa kế laser LIGO đã đo được trực tiếp sóng mê hoặc. [ 14 ] [ 146 ] Tín hiệu thu được khớp với Dự kiến bằng kim chỉ nan và mô phỏng máy tính cho sóng mê hoặc phát ra từ sự sáp nhập của hai lỗ đen : một hố đen có khối lượng 36 lần khối lượng Mặt Trời, và hố đen kia có khối lượng 29 lần khối lượng Mặt Trời ( đo trong hệ quy chiếu gắn với hệ ). [ 14 ] [ 147 ] Quan sát này cung ứng chứng cứ đơn cử nhất cho sự sống sót của lỗ đen cho tới thời nay. Ví dụ, tín hiệu sóng mê hoặc gợi ra rằng khoảng cách giữa hai vật thể trước va chạm chỉ bằng 350 km ( hay gần bằng 4 lần nửa đường kính Schwarzschild tương ứng với khối lượng của vật thể ). Hai vật thể này từ đó phải cực kỳ đặc, để lại cách lý giải hài hòa và hợp lý nhất chúng phải thực sự là những hố đen. [ 14 ]Quan trọng hơn, tín hiệu đo được bởi LIGO cũng thu được quy trình tiến độ sau sáp nhập ( ringdown ), tín hiệu phát ra từ vật thể đặc mới hình thành nhanh gọn tắt tới trạng thái dừng ( nếu không phải là lỗ đen, tín hiệu sau va chạm sẽ thăng giáng rất lớn bởi sự kiện va chạm của hai vật thể có khối lượng cỡ như vậy ). Có thể nói, tín hiệu xê dịch tắt lịm nhanh gọn sau va chạm là cách trực tiếp nhất để chứng minh và khẳng định đó là một lỗ đen. [ 148 ] Từ tài liệu của LIGO, hoàn toàn có thể nghiên cứu và phân tích ra tần số và thời hạn tắt của quy trình tiến độ ringdown này. Từ tần số và vận tốc biến thiên tần số đo được ở quy trình tiến độ này, những nhà vật lý tính ra được khối lượng và mô men động lượng của vật thể sau cuối, mà giá trí tính được khớp một cách độc lập với mô phỏng bằng siêu máy tính của sự kiện va chạm và sáp nhập. [ 149 ] Tần số và khoảng chừng thời hạn biến thiên của mốt nổi bật được xác lập bởi hình học của mặt cầu photon. Vì vậy, quan sát mốt này xác nhận sự xuất hiện của mặt cầu photon, tuy nhiên nó không hề ngoại trừ năng lực kỳ lạ khác thay cho hố đen mà vật thể đủ đặc để có một mặt cầu photon. [ 148 ]Quan sát này cũng lần tiên phong cung ứng bằng chứng thực nghiệm về sự sống sót của cặp lỗ đen khối lượng sao. Hơn nữa, đây là chứng cứ thực tiễn tiên phong về những lỗ đen có khối lượng lớn hơn 25 lần khối lượng Mặt Trời. [ 150 ]

Đĩa bồi tụ vật chất[sửa|sửa mã nguồn]

Mô phỏng máy tính một lỗ đen hút vật chất từ ngôi sao 5 cánh. Chấm xanh là vị trí của lỗ đen . Nguồn tia X siêu sáng ( chấm lớn phía trên bên trái ) phát ra khi lỗ đen tàn phá một sao lùn trắng. Ảnh của kính thiên văn tia X Chandra .Theo định luật bảo toàn mô men động lượng, khí và bụi rơi vào ” giếng mê hoặc ” của vật thể lớn sẽ hình thành lên cấu trúc dạng đĩa chứa plasma bao quanh vật thể. Plasma tiếp xúc ma sát với nhau do mô men động lượng truyền từ bên ngoài vào, dẫn đến giải phóng nguồn năng lượng dưới dạng bức xạ điện từ và làm tăng nhiệt độ của đĩa bồi tụ lên hàng triệu độ. [ 134 ] [ 151 ] Nguồn bức xạ sóng ngắn phát ra từ vùng bồi tụ của sao lùn trắng, sao neutron hoặc lỗ đen được cho phép những kính thiên văn phát hiện ra nguồn này. Quá trình bồi tụ là một trong những quy trình sản sinh nguồn năng lượng hiệu suất cao nhất từng được biết ; tới khoảng chừng 40 % khối lượng nghỉ của vật chất trong đĩa bị biến hóa thành dạng nguồn năng lượng bức xạ. [ 151 ] ( ở những phản ứng tổng hợp hạt nhân chỉ khoảng chừng 0,7 % khối lượng nghỉ giải phóng dưới dạng nguồn năng lượng bức xạ. ) Trong nhiều trường hợp, đĩa bồi tụ thường đi kèm với chùm tia tương đối tính phát ra dọc hai cực của thiên thể đặc, mang theo nguồn năng lượng với những hạt có tốc độ rất lớn. Các nhà vật lý vẫn chưa hiểu thực sự chính sách hình thành những tia này .Một trong những chính sách lý giải hình thành những tia phát ra từ hai cực lỗ đen đó là do sự phối hợp giữa vùng sản công và từ trường lỗ đen ảnh hưởng tác động lên những hạt vật chất rơi về lỗ đen, 1 số ít rơi qua chân trời sự kiện, một số ít vật chất bắn ngược ra bên ngoài tạo nên hai tia đối cực. [ 152 ]Nhiều hiện tượng kỳ lạ nguồn năng lượng cao trong vũ trụ có nguồn gốc từ đĩa bồi tụ vật chất quanh lỗ đen. Đặc biệt, nhân thiên hà hoạt động giải trí hoặc quasar được cho là do bức xạ phát ra từ đĩa vật chất bao quanh lỗ đen siêu khối lượng. [ 64 ] Tương tự, nguồn tia X trong những hệ sao đôi xuất phát từ một trong hai thiên thể là sao đặc với đĩa bồi tụ. [ 64 ] Một số nguồn tia X siêu sáng hoàn toàn có thể là những vùng bồi tụ quanh lỗ đen khối lượng trung gian. [ 153 ] Do hiệu ứng lực thủy triều, nhiệt độ trong những đĩa bồi tụ của lỗ đen khối lượng sao lớn hơn nhiệt độ của đĩa bồi tụ ở lỗ đen siêu khối lượng. [ 154 ] Phổ bức xạ mạnh nhất phát ra từ vùng bồi tụ của lỗ đen siêu khổng lồ là miền tử ngoại, trong khi so với những lỗ đen khối lượng sao là miền tia X. Tuy vậy, độ sáng phát ra từ vùng lân cận quanh lỗ đen siêu khối lượng lại sáng hơn hàng trăm nghìn tỷ lần Mặt Trời, trong khi so với lỗ đen khối lượng sao là hàng triệu lần độ sáng Mặt Trời. [ 154 ]

Nguồn tia X trong hệ sao đôi[sửa|sửa mã nguồn]

Ảnh của NuStar – NASA.Minh họa quy mô cơ bản nhằm mục đích xác lập vận tốc quay của lỗ đen .Nguồn tia X trong hệ sao đôi thuộc về mạng lưới hệ thống sao đôi với nguồn năng lượng phát ra đa phần trong phổ của tia X. Đa phần những nguồn này là do một trong những sao đặc bồi tụ vật chất lấy từ sao sát cánh trong hệ. Sự xuất hiện của những ngôi sao 5 cánh sát cánh trong những hệ này được cho phép những nhà thiên văn có thời cơ nghiên cứu và điều tra chi tiết cụ thể thiên thể đặc TT và hoàn toàn có thể là lỗ đen. [ 154 ]Nếu tín hiệu phát ra thuộc về thiên thể đặc ( bỏ lỡ tín hiệu thuộc về vùng bồi tụ ), thì thiên thể này không hề là lỗ đen. Tuy nhiên, nếu thiên thể đặc không phát ra tín hiệu nào, thì vẫn chưa thể loại trừ năng lực nó là một sao neutron. Bằng cách điều tra và nghiên cứu sao sát cánh cho phép đo và tính ra những tham số quỹ đạo của hệ, từ đó những nhà thiên văn hoàn toàn có thể tính ra khối lượng của thiên thể đặc. Nếu giá trị này lớn hơn số lượng giới hạn Tolman – Oppenheimer – Volkoff ( khối lượng lớn nhất mà một sao neutron hoàn toàn có thể đạt được sau quy trình tiến độ suy sụp mê hoặc ) thì vật thể đặc không hề là sao neutron mà Tỷ Lệ cao đó là một lỗ đen. [ 64 ]
Minh họa xung nhịp tia X của hai thiên thể GRS 1915 và IGR J17091, những lỗ đen đang hút khí từ những sao sát cánh .Khả năng thuyết phục mạnh tiên phong về một lỗ đen sống sót, Cygnus X-1, do nhà thiên văn Charles Thomas Bolton, [ 155 ] Louise Webster và Paul Murdin [ 156 ] phát hiện nhờ vào giải pháp này năm 1972. [ 157 ] [ 158 ] Tuy nhiên, bắt đầu có những sai số trong tác dụng đo và khối lượng của sao sát cánh có giá trị tương đối lớn. [ 154 ] Hiện tại, nhiều ứng viên là lỗ đen được tìm thấy trong lớp những hệ sao đôi tia X gọi là nguồn chuyển tiếp tia X nguồn năng lượng thấp ( soft X-ray transients ). [ 64 ] Trong lớp này, khối lượng của sao sát cánh khá thấp được cho phép ước đạt đúng mực hơn khối lượng của lỗ đen. Hơn nữa, mỗi lần tia X phát ra từ những hệ này chỉ có thời hạn trong vài tháng với khoảng chừng chu kỳ luân hồi 10 – 50 năm. Trong thời hạn nguồn tia X ngừng phát hoặc yếu, vùng bồi tụ trở lên rất mờ được cho phép thực thi quan sát cụ thể về sao sát cánh. Một trong những hệ như thế là V404 Cyg .

Thời gian ngừng hoạt động giải trí[sửa|sửa mã nguồn]

Sự mờ nhạt của đĩa trong thời hạn nó ngừng hoạt động giải trí hoàn toàn có thể là nguyên do luồng vật chất ở vào tiến trình lạnh đi ( ADAF ). Trong quy trình tiến độ này, đa số nguồn năng lượng của plasma trong đĩa bị giam giữ dọc theo luồng hạt hơn là phát ra theo mọi phía. Nếu quy mô này là đúng, thì đây là một trong những bằng chứng thực nghiệm chứng tỏ sống sót chân trời sự kiện. [ 159 ] Bởi vì, nếu vật thể ở TT của đĩa bồi tụ có mặt phẳng rắn, nó sẽ phát ra một lượng lớn bức xạ nguồn năng lượng cao khi khí và plasma va đập xuống mặt phẳng của nó, một hiệu ứng đã được quan sát ở sao neutron trong cùng trạng thái này. [ 151 ] ( xem mô phỏng nguồn tia X của hai lỗ đen GRS 1915 và IGR J17091 về khoảng chừng thời hạn ngừng phát tia X. )

Dao động gần tuần hoàn[sửa|sửa mã nguồn]

Hai luồng tia và hạt tốc độ lớn bắn ra từ thiên hà Centaurus A. Ảnh của ESOBức xạ tia X từ đĩa bồi tụ nhiều lúc lặp lại theo những khoảng chừng gần đều đặn trong phổ thu được. Những tín hiệu này được gọi là xê dịch gần tuần hoàn và năng lực chúng phát ra từ vùng trong cùng của đĩa bồi tụ ( nơi quỹ đạo tròn không thay đổi của hạt có nửa đường kính nhỏ nhất – quỹ đạo này trong lỗ đen Schwarzschild có giá trị 3 rS, lớn hơn quỹ đạo của photon [ 160 ] ). Những tần số tia X này có liên hệ với khối lượng của thiên thể đặc và là giải pháp khác để xác lập khối lượng của lỗ đen. [ 161 ] ( xem mô phỏng nguồn tia X của hai lỗ đen GRS 1915 và IGR J17091 về sự lặp lại gần tuần hoàn của cường độ tia X. )

Nhân thiên hà[sửa|sửa mã nguồn]

Các nhà thiên văn học sử dụng thuật ngữ ” thiên hà hoạt động giải trí ” để miêu tả những thiên hà với những đặc trưng khác lạ, như vạch quang phổ phát xạ không bình thường hay bức xạ vô tuyến mạnh. Những điều tra và nghiên cứu triết lý và quan sát cho thấy sự hoạt động giải trí trong những nhân thiên hà hoàn toàn có thể lý giải bởi sống sót những lỗ đen siêu khối lượng. Các quy mô về nhân thiên hà hoạt động giải trí ( AGN ) gồm có một lỗ đen TT với khối lượng vài triệu đến hàng tỷ lần khối lượng Mặt Trời ; một đĩa bồi tụ gồm khí và bụi liên sao bao quanh ; và hai luồng tia tương đối tính phóng ra gần vuông góc với mặt phẳng đĩa. [ 162 ] [ 163 ]Các nhà thiên văn cho rằng những lỗ đen khổng lồ sẽ được tìm thấy tại TT thiên hà hoạt động giải trí, mặc dầu chỉ 1 số ít nhân thiên hà đã được điều tra và nghiên cứu kỹ lưỡng nhằm mục đích phát hiện và đo đạc khối lượng của lỗ đen nằm ở TT. Những thiên hà điển hình nổi bật với năng lực chứa lỗ đen siêu khối lượng gồm có thiên hà Andromeda, M32, M87, NGC 3115, NGC 3377, NGC 4258, NGC 4889, NGC 1277, OJ 287, APM08279 + 5255 và thiên hà Sombrero. [ 164 ]Ngày nay, hầu hết hội đồng thiên văn học đều công nhận rằng không riêng gì tại những thiên hà hoạt động giải trí, mà hầu hết những thiên hà lớn đều chứa tối thiểu một lỗ đen siêu khối lượng. [ 165 ] Có một mối liên hệ trong thực nghiệm giữa khối lượng của lỗ đen và tốc độ quay của chỗ phình thiên hà chứa nó, hay liên hệ M-sigma, cho biết mối liên hệ giữa sự hình thành của lỗ đen cũng như khối lượng của chúng với quy trình tiến hóa thiên hà. [ 166 ]
[167]Mô phỏng lỗ đen tại TT Ngân Hà hút đám khí quay quanh nó .

Chuyển động riêng của những ngôi sao 5 cánh quanh Sagittarius A *[sửa|sửa mã nguồn]

Hiện tại, có những bằng chứng thuyết phục về một lỗ đen khổng lồ tại trung tâm của Ngân Hà, thông qua việc nghiên cứu chuyển động riêng của các ngôi sao quanh vùng này.[12] Từ năm 1995, các nhà thiên văn thực hiện theo dõi chuyển động của 90 sao trong một vùng gọi là Sagittarius A*. Bằng cách làm khớp số liệu quan sát với các tham số của quỹ đạo Kepler, họ kết luận vào năm 1998 rằng phải có vật thể khối lượng 2,6 x 106 MSun symbol.svg nằm trong vùng bán kính 0,02 ly.[168] Sau khi một ngôi sao gọi là S2 hoàn thành xong một vòng quỹ đạo, những dữ liệu thu được cho phép các nhà khoa học ước tính khối lượng và phạm vi chính xác hơn của vật trung tâm ở Sagittarius A*. Họ đã tính ra có một thiên thể khối lượng 4,3 x 106 MSun symbol.svg nằm trong bán kính nhỏ hơn 0,002 ly.[12] Mặc dù bán kính này vẫn lớn hơn 3.000 lần bán kính Schwarzschild của lỗ đen cùng khối lượng, nhưng theo thuyết tương đối tổng quát, những thiên thể có khối lượng lớn như vậy phải là một lỗ đen, và “không có một cụm sao nào có thể tập trung khối lượng lớn như vậy trong một vùng rất nhỏ”.[168] (khoảng cách từ Mặt Trời đến sao gần nhất Proxima Centauri là 4,24 ly.)

Chớp tia gamma[sửa|sửa mã nguồn]

Ảnh của HubbleChớp gamma GRB 110328A trong bước sóng khả kiến .Chớp tia gamma là một trong những nguồn tia gamma mang nguồn năng lượng lớn nhất trong vũ trụ phát ra từ những thiên hà ở xa. [ 169 ] Cơ chế lý giải cho những nguồn này hoàn toàn có thể bắt nguồn từ sự sáp nhập của hai sao neutron, bởi lỗ đen hút sao đặc sát cánh hay bởi vùng bồi tụ quanh lỗ đen, [ 170 ] [ 171 ] hoặc từ sự suy sụp mê hoặc của sao có khối lượng rất lớn trong vụ nổ siêu tân tinh. [ 172 ]Đa số những chớp có thời hạn ghi nhận được lớn hơn khoảng chừng 2 giây và phân loại vào nhóm chớp tia gamma lê dài, và khoảng chừng 30 % những quan sát là những chớp diễn ra ngắn hơn 2 giây hay chớp tia gamma ngắn. [ 169 ] Chớp tia gamma lê dài có nguồn gốc từ quy trình suy sụp mê hoặc của sao khối lượng rất lớn, như những sao khổng lồ xanh trong những vùng sản sinh sao. [ 172 ] Đặc biệt, một trong những chớp gamma có nguồn năng lượng lớn nhất, GRB 110328A, lê dài tới hàng tháng nằm ở một thiên hà cách xa 3,8 tỷ năm ánh sáng hoàn toàn có thể là do một lỗ đen siêu khối lượng xé tan và hấp thụ dần một sao lùn trắng quay gần nó. [ 173 ]Dựa vào đặc thù của chớp gamma như thời hạn xảy ra, nguồn năng lượng phát ra và biểu đồ cường độ thu được mà hoàn toàn có thể suy đoán ra nguồn gốc những chớp này từ những chùm tia tương đối tính phát ra từ lỗ đen, hay từ quy trình hình thành lên lỗ đen hoặc sự sáp nhập từ hai sao neutron. [ 169 ] [ 171 ] [ 172 ]

Hiệu ứng của trường mê hoặc mạnh[sửa|sửa mã nguồn]

Mô phỏng lỗ đen bẻ cong ánh sáng phát ra từ Ngân Hà ở phía sau nó. Xem thêm tại đâyMột đặc thù khác của lỗ đen so với những thiên thể đặc được cho phép phát hiện sự sống sót của nó, đó là hiệu ứng của trường mê hoặc ảnh hưởng tác động mạnh hơn lên không thời hạn bao quanh nó. Một trong những hiệu ứng này là thấu kính mê hoặc : Một vật thể lớn uốn cong không thời hạn bao quanh nó khiến cho những tia sáng bị lệch đường đi giống như tác động ảnh hưởng của những thấu kính quang học. Hiện tại đã có 1 số ít dự án Bất Động Sản khảo sát phát hiện hiệu ứng thấu kính mê hoặc yếu, trong đó tia sáng chỉ bị lệch vài giây cung. Tuy vậy, cho đến nay chưa thể chụp ảnh được trực tiếp hiệu ứng này so với lỗ đen. [ 174 ] Một cách khác để quan sát hiệu ứng thấu kính mê hoặc là trải qua ánh sáng phát ra từ những ngôi sao 5 cánh quay quanh lỗ đen. Hiện nay những nhà thiên văn đang triển khai quan sát đặc thù này so với những sao quay trong vùng Sagittarius A *, mặc dầu hiệu ứng là rất nhỏ. [ 174 ]Phương pháp quan trắc trực tiếp khác đó là phát hiện sóng mê hoặc phát ra từ hệ chứa lỗ đen, ví dụ như những thiên thể đặc quay quanh nó và ở đầu cuối bị hút về phía lỗ đen. Bằng cách làm tương thích tài liệu quan trắc so với tiên đoán của thuyết tương đối tổng quát cho phép tính ra đúng mực khối lượng và mô men động lượng của vật thể TT, cũng như triển khai song song việc kiểm nghiệm thuyết tương đối rộng trong trường mê hoặc mạnh. [ 175 ] Sóng mê hoặc đã được đo trực tiếp phát ra từ hệ hai lỗ đen khối lượng sao do đài quan trắc LIGO thu được vào ngày 14 tháng 9 năm năm ngoái. Nhóm Hợp tác Khoa học LIGO đã không tìm thấy sự sai khác trong phạm vi sai số thống kê giữa những tiên đoán của thuyết tương đối rộng và tác dụng đo được từ sự kiện GW150914. [ 149 ] ESA đang có kế hoạch thiết kế xây dựng ăng ten giao thoa kế eLISA trên vũ trụ nhằm mục đích phát hiện trực tiếp sóng mê hoặc ở những tần số thấp hơn so với những thiết bị mặt đất …

Khả năng khác[sửa|sửa mã nguồn]

Kết luận sống sót lỗ đen khối lượng sao dựa trên đo lường và thống kê triết lý về số lượng giới hạn trên của khối lượng sao neutron. Giá trị này lại phụ thuộc vào vào giả thuyết về đặc thù của vật chất trong trạng thái tỷ lệ cao. Do vậy, những pha mới ngoại lai của vật chất được cho phép khối lượng số lượng giới hạn cao hơn ở những sao đặc. [ 64 ] Một trong số đó gồm sao quark với lõi chứa những hạt quark ” tự do ” ở tỷ lệ rất cao, [ 176 ] hay những quy mô siêu đối xứng trong vật lý hạt tiên đoán sự sống sót của loại sao Q.. [ 177 ] Một số kim chỉ nan lan rộng ra của Mô hình chuẩn với giả sử những hạt preon cấu thành lên hạt quark và lepton, và dẫn đến giả thuyết sống sót sao preon với khối lượng cao hơn hẳn sao neutron. [ 178 ] Những quy mô này có năng lực lý giải sửa chữa thay thế cho lỗ đen khối lượng sao ở một số ít quan trắc về những thiên thể đặc trong vũ trụ. Tuy nhiên, theo chứng tỏ từ thuyết tương đối rộng thì loại sao nào cũng có số lượng giới hạn khối lượng trên, và vì vậy những quy mô đều dẫn tới sự hình thành lỗ đen. [ 64 ]

Vì mật độ trung bình khối lượng của lỗ đen bên trong bán kính Schwarzschild tỉ lệ nghịch với bình phương khối lượng của nó, các lỗ đen siêu khổng lồ có mật độ trung bình nhỏ hơn của lỗ đen khối lượng sao (mật độ trung bình của lỗ đen cỡ 108 MSun symbol.svg gần bằng khối lượng riêng của nước).[64] Hệ quả là, có những mô hình thay thế khác được đưa ra, mặc dù mô hình lỗ đen siêu khối lượng phù hợp gần với các quan sát thiên văn vật lý. Ví dụ, một khối lượng lớn tập trung trong vùng không gian nhỏ được giải thích bằng việc mô hình hóa một đám lớn các vật thể tối tập trung quanh nhau. Tuy nhiên, mô hình này không ổn định về mặt động lực học để thay thế cho khả năng vùng đó chứa một lỗ đen siêu khối lượng.[64]

Sự sống sót của những lỗ đen khối lượng sao và khổng lồ trong vũ trụ hàm ý thuyết tương đối tổng quát không miêu tả tốt trạng thái và thực chất của kì khôi mê hoặc trong lỗ đen, và có lẽ rằng do kim chỉ nan lỗ đen chưa tích hợp được với đặc thù của cơ học lượng tử. Lý thuyết về mê hoặc lượng tử hoàn toàn có thể sẽ vô hiệu được những vùng kì khôi hay chân trời sự kiện và do vậy theo định nghĩa sẽ không có lỗ đen nữa. [ 179 ] Dựa trên giám sát trong những trường hợp đơn cử của triết lý dây, cho hiệu quả lỗ đen đơn lẻ không còn chứa biên chân trời hay kì quặc mê hoặc, nhưng so với quan sát viên thuộc miêu tả của vật lý phi lượng tử, trên trung bình, họ vẫn trông thấy những đặc thù này giống như trong miêu tả của thuyết tương đối rộng. [ 180 ]

Những yếu tố triết lý[sửa|sửa mã nguồn]

Ngoài một số ít tiềm năng như miêu tả vùng kì khôi mê hoặc bằng thuyết mê hoặc lượng tử cũng như chứng tỏ hay bác bỏ giả thuyết kiểm duyệt vũ trụ của Penrose, có những yếu tố triết lý tương quan đến lỗ đen như sau .

Phỏng đoán vòng[sửa|sửa mã nguồn]

Năm 1972, Thorne nêu ra phỏng đoán vòng ( hoop conjecture ), rằng khi nén một vật xuống kích cỡ nhỏ hơn một chu vi số lượng giới hạn theo mọi hướng thì nó sẽ hình thành lên lỗ đen. Chu vi số lượng giới hạn này thường là vòng tròn có nửa đường kính Schwarzschild liên hệ với khối lượng của vật .Phỏng đoán vòng có một số ít góc nhìn khi xét vật thể trong khoảng trống nhiều chiều và có năng lực tương quan đến phỏng đoán kiểm duyệt vũ trụ về lạ mắt mê hoặc trần trụi cũng như quy trình hình thành lỗ đen vi mô. [ 62 ]
Năm 1971, Hawking chứng tỏ dưới những điều kiện kèm theo chung [ Ct 3 ] tổng diện tích quy hoạnh của chân trời sự kiện của bất kể một lỗ đen cổ xưa nào không hề giảm, ngay cả khi chúng sáp nhập hoặc va chạm. [ 181 ] Kết quả này, ngày này gọi là định luật 2 của cơ học lỗ đen, rất giống với định luật hai của nhiệt động lực học, nói rằng tổng entropy của một hệ không khi nào giảm. Và như một vật thể trong vật lý cổ xưa tại độ không tuyệt đối, tương ứng với lỗ đen có entropy bằng 0. Nếu có một lỗ đen mà entropy bằng 0, định luật hai của nhiệt động lực học sẽ bị vi phạm khi vật chất có entropy từ bên ngoài rơi vào lỗ đen này, khiến cho tổng entropy của hàng loạt vũ trụ giảm đi. Do vậy, Bekenstein đề xuất kiến nghị lỗ đen phải có entropy – cũng như nhiệt độ khác 0, và giá trị này tỷ suất với diện tích quy hoạnh chân trời sự kiện. [ 182 ]Sự link với nhiệt động học được củng cố thêm khi Hawking tò mò ra kim chỉ nan trường lượng tử trong không thời hạn cong tiên đoán lỗ đen phát ra bức xạ tại nhiệt độ nhất định giống như bức xạ của vật đen tuyệt đối. Hình như điều này vi phạm định luật hai của cơ học lỗ đen, do tại bức xạ Hawking sẽ mang nguồn năng lượng của lỗ đen đi và khiến cho lỗ đen giảm khối lượng, dẫn đến giảm entropy. Tuy nhiên, bức xạ cũng mang entropy ra khỏi lỗ đen, và hoàn toàn có thể chứng tỏ dưới những giả sử tổng quát rằng tổng entropy của vật chất bao quanh lỗ đen cộng với 1/4 diện tích quy hoạnh chân trời sự kiện – đo theo đơn vị chức năng Planck – luôn luôn tăng ( phải cộng cả vật chất bao quanh lỗ đen chính do bức xạ Hawking Open khi cặp hạt vật chất – phản vật chất sinh ra trong chân không, hạt phản vật chất rơi vào lỗ đen còn hạt vật chất thoát ra ngoài dưới dạng bức xạ ). Điều này được cho phép thiết lập ra định luật thứ nhất của cơ học lỗ đen tựa như như định luật thứ nhất của nhiệt động lực học, với khối lượng có vai trò như nguồn năng lượng, mê hoặc mặt phẳng như nhiệt độ và diện tích quy hoạnh như entropy. [ 182 ]Một trong những đặc thù khác thường đó là entropy của lỗ đen tỷ suất với diện tích quy hoạnh hơn là thể tích của nó, do thường thì entropy là một đại lượng lan rộng ra tỷ suất tuyến tính với thể tích của hệ. Tính chất kỳ lạ này đưa Gerard ‘ t Hooft và Leonard Susskind dẫn đến giả thuyết về nguyên tắc toàn ảnh, nói rằng bất kể điều gì xảy ra bên trong không thời hạn bao bởi vùng thể tích hoàn toàn có thể được miêu tả bằng tài liệu trên biên của thể tích đó. [ 183 ]Mặc dù hoàn toàn có thể vận dụng thuyết tương đối rộng trong giám sát bán cổ xưa về entropy của lỗ đen, nhưng nó lại mang đến định nghĩa không ngặt nghèo. Trong cơ học thống kê, entropy được hiểu là đếm số thông số kỹ thuật vi mô của một hệ có cùng những đại lượng vĩ mô ( như khối lượng, điện tích, áp suất, vv. ). Một khi chưa có kim chỉ nan mê hoặc lượng tử, những nhà vật lý không hề triển khai những phép đếm này cho lỗ đen. Một số cách khắc phục đã được đưa ra trên con đường họ đi đến mê hoặc lượng tử. Năm 1995, Andrew Strominger và Cumrun Vafa chứng tỏ từ cách đếm những trạng thái vi mô của một lỗ đen đơn cử miêu tả bởi quy mô siêu đối xứng trong thuyết dây cho phép tính ra entropy Bekenstein – Hawking. [ 184 ] Từ đó, những nhà vật lý kim chỉ nan đưa ra một vài hiệu quả tựa như cho những lỗ đen khác nhau trong cả thuyết dây lẫn những thuyết khác về mê hoặc lượng tử như mê hoặc lượng tử vòng nhằm mục đích khắc phục định nghĩa entropy cho lỗ đen. [ 185 ]

Nghịch lý thông tin bị mất[sửa|sửa mã nguồn]

Bởi vì chỉ cần ba tham số đủ để miêu tả lỗ đen phi lượng tử, hầu hết thông tin về vật chất rơi vào lỗ đen đều biến mất dưới chân trời sự kiện. Người ở bên ngoài không hề biết nó hình thành từ những ngôi sao 5 cánh hay từ tàu khoảng trống, bàn và ghế, máy tính, ti vi …, bởi người đó chỉ đo được khối lượng, điện tích và mô men động lượng của lỗ đen. Trong một thời hạn dài, những nhà vật lý cho rằng lỗ đen làm mất thông tin, mặc dầu thông tin hoàn toàn có thể sống sót bên trong lỗ đen nhưng người ngoài không hề biết được trong đó có gì. Tuy nhiên, theo triết lý thì lỗ đen từ từ phát ra bức xạ Hawking và sau một thời hạn rất lâu nó bốc hơi ( so với những lỗ đen vĩ mô ). Sự bốc hơi này có vẻ như không giải thoát ra bất kể thông tin gì về những thứ hình thành lên và đã rơi vào lỗ đen, có nghĩa là về nguyên tắc thông tin bị mất mãi mãi. [ 186 ]Trong thời hạn dài, câu hỏi liệu thông tin có thực sự bị mất trong lỗ đen ( nghịch lý thông tin bị mất bởi lỗ đen ) đã chia hội đồng những nhà kim chỉ nan lỗ đen thành hai nhóm ( xem Vụ cá cược Thorne – Hawking – Preskill ). Trong cơ học lượng tử, thông tin bị mất tương ứng với sự vi phạm đặc thù sống còn của triết lý đó là nguyên tắc đơn vị chức năng ( unitarity ) – nguyên tắc số lượng giới hạn về sự tiến triển của một hệ lượng tử bảo vệ tổng những Phần Trăm của mọi biến cố khả dĩ cho một sự kiện luôn luôn phải bằng 1 – hay nghịch lý thông tin vi phạm định luật bảo toàn Xác Suất. Ngoài ra, nếu nguyên tắc đơn vị chức năng bị vi phạm còn dẫn đến định luật bảo toàn nguồn năng lượng không còn đúng. [ 187 ]Hawking cá rằng thông tin quả thực biến mất khi mọi thứ bị tàn phá tại vùng lạ mắt mê hoặc, còn Gerard ‘ t Hooft và Leonard Susskind cho rằng có một chính sách nào đó lấy lại thông tin ẩn dưới chân trời sự kiện. [ 188 ] [ 189 ] Năm 2004, Hawking đăng một bài báo chứng tỏ những thăng giáng lượng tử tại chân trời sự kiện được cho phép lý giải nghịch lý và ông thừa nhận thông tin không bị mất cũng như nhận thua trong vụ cá cược với một bên là Preskill và bên kia là Thorne cùng Hawking. [ 190 ] Trong cuốn sách của ông, Susskind lập luận là nguyên tắc toàn ảnh phối hợp với thuyết dây hoàn toàn có thể lý giải thành công xuất sắc nghịch lý này. [ 188 ]Cho đến nay, những khu công trình triết lý chứng tỏ quả thực thông tin và nguyên tắc đơn vị chức năng được bảo toàn trong cách tiếp cận mê hoặc lượng tử cho nghịch lý này. [ 191 ]

Nghịch lý tường lửa[sửa|sửa mã nguồn]

Theo miêu tả của lý thuyết trường lượng tử trong không thời gian cong, từng bức xạ riêng lẻ của bức xạ Hawking có sự tham gia của hai hạt lượng tử trong trạng thái vướng víu lẫn nhau. Hạt thoát ra ngoài chân trời sự kiện lỗ đen được gán cho là lượng tử của bức xạ Hawking; hạt rơi vào lỗ đen bị lỗ đen nuốt mất. Theo dự đoán của Hawking, một lỗ đen hình thành từ một khoảng thời gian hữu hạn trong quá khứ sẽ cuối cùng bốc hơi hoàn toàn trong khoảng thời gian hữu hạn ở tương lai.[192] Do vậy, nó sẽ chỉ phát ra một lượng hữu hạn thông tin mã hóa bởi bức xạ Hawking. Giả sử ở thời gian

t

{\displaystyle t}

t, có hơn một nửa thông tin đã phát ra ngoài. Theo như nghiên cứu được chấp thuận rộng rãi bởi các nhà vật lý Don Page[193][194] và Leonard Susskind, một hạt phát ra bên ngoài ở thời điểm

t

{\displaystyle t}

phải bị vướng víu với mọi hạt lượng tử của bức xạ Hawking mà lỗ đen đã phát ra trước đó. Điều này dẫn tới một nghịch lý là: theo nguyên lý “một cặp vướng víu” (“monogamy of entanglement” principle) đòi hỏi rằng, như ở bất kỳ một hệ lượng tử nào, hạt thoát ra ngoài không thể vướng víu hẳn toàn bộ với hai hệ độc lập ở cùng một thời điểm; mặc dù thể ở đây hạt bay ra ngoài dường như vướng víu với cả hạt rơi vào trong và, một cách độc lập, với cả các bức xạ Hawking trong quá khứ.[192]

Để lý giải được nghịch lý này, hoàn toàn có thể những nhà vật lý sau cuối buộc phải từ bỏ một trong ba kim chỉ nan đã được kiểm chứng : nguyên tắc tương tự của Einstein, nguyên tắc unita trong cơ học lượng tử ( tổng Xác Suất của mọi tác dụng khả dĩ của mọi sự kiện luôn bằng 1 ), hoặc triết lý trường lượng tử lúc bấy giờ. Một cách lý giải, mà vi phạm nguyên tắc tương tự, đó là sống sót một mặt cầu lửa ( tường lửa, ” firewall ” ) bao quanh chân trời sự kiện mà tàn phá mọi hạt rơi qua biên giới này. [ 195 ] Trong một nghiên cứu và phân tích những tài liệu năm năm nay đo được bởi LIGO ( GW150914, GW151226 và LVT151012 ) cho thấy một tín hiệu chưa chắc như đinh về độ vọng sau va chạm hai hố đen gây bởi chân trời sự kiện mờ ( fuzzy sự kiện horizon ) ; những tiếng vọng này hoàn toàn có thể do bởi tường lửa hoặc theo triết lý quả bóng mờ ( fuzzball theories, trong triết lý dây ) nhưng tiếng vọng này không hề Open trong thuyết tương đối tổng quát. Trong tương lai, khi có thêm nhiều sự kiện sóng mê hoặc đo được bởi LIGO và những trạm khác, những tài liệu sẽ cho biết liệu những độ vọng này chỉ là nhiễu ngẫu nhiên, hay quả thực chúng là chứng cứ cho sự vi phạm của thuyết tương đối rộng cổ xưa. [ 196 ]

Lỗ đen trong khoa học viễn tưởng[sửa|sửa mã nguồn]

Các đặc thù và đặc thù vật lý của lỗ đen được nhiều tác giả sử dụng đưa vào những truyện khoa học viễn tưởng trước thập niên 1960, trước khi thuật ngữ này sinh ra và cả sau khi những hiểu biết khoa học về nó trở nên rất đầy đủ hơn. Nó cũng Open trong những bộ phim khoa học giả tưởng, manga và game. [ 197 ]Ví dụ, tác phẩm ” The City and the Stars ” ( 1956 ) của Arthur C. Clarke, có nói về một vật thể nhân tạo không hề bị hủy hoại và nó bị giam giữ ở rìa thiên hà. Tác giả gọi vật thể giống như ngôi sao 5 cánh đó là ” mặt trời đen “. [ 198 ] ” Kyrie ” ( 1968 ), truyện ngắn của Poul Anderson, nói về một đoàn thám hiểm đến ” vùng lõi sau vụ nổ siêu tân tinh “. [ 199 ] Cuốn Lược sử thời hạn ( 1988 ) của Stephen Hawking ngoài bàn luận về những đặc thù của lỗ đen ông cũng nhắc đến viễn cảnh du hành thời hạn nhờ đến nó hoặc trải qua lỗ sâu. [ 200 ]Bộ phim Star Trek ( 2009 ), có cảnh nói về nhân vật Nero sử dụng ” vật chất đỏ ” nhằm mục đích tạo ra một lỗ đen để tàn phá hành tinh Vulcan. [ 201 ] Trong một tập phim của seri ‘ Star Trek : Voyager ‘, đoàn du hành đã lái tàu vũ trụ băng qua chân trời sự kiện và bị mắc kẹt ở bên trong. [ 202 ]

Trong bộ manga InuYasha, nhân vật Miroku với bên tay phải có một Phong huyệt với khả năng hút tất cả mọi thứ giống như lỗ đen.

Trong game Mass Effect 2, người chơi được trang bị loại súng ” M-490 Blackstorm ” hay ” black hole gun ” với năng lực tạo ra kì quặc mê hoặc giống như lỗ đen nhằm mục đích hút mọi thứ vào trong. [ 203 ]Trong Interstellar ( năm trước ) của Christopher Nolan, nhân vật Cooper cùng phi hành đoàn phải đi qua một lỗ sâu ( worm hole ) để đến những hành tinh mới khác nhằm mục đích đi tìm hành tinh – ngôi nhà mới cho loài người – những điều kiện kèm theo sống trên Trái Đất dần trở nên khắc nghiệt không còn thích hợp cho loài người sinh sống. Lỗ đen trong phim bẻ cong khoảng trống, khiến cho nó có dạng hình cầu, và làm co và giãn thời hạn của những hành tinh gần nó. Lỗ đen còn có những điểm kì khôi cho ta những khoảng trống năm chiều. Cooper cho rằng cái lỗ đen gần sao Thổ ấy và những khoảng trống năm chiều là thành phẩm của loài người trong tương lai .

Sách phổ biến
Sách và giáo trình đại học
Bài tổng quan
  • Gallo, Elena; Marolf, Donald (2009). “Resource Letter BH-2: Black Holes”. American Journal of Physics. 77 (4): 294. arXiv:0806.2316Bibcode:2009AmJPh..77..294G. doi:10.1119/1.3056569.
  • Hughes, Scott A. (2005). “Trust but verify: The case for astrophysical black holes”. arΧiv:hep-ph/0511217 [hep-ph].

    Lecture notes from 2005 SLAC Summer Institute.

Liên kết ngoài[sửa|sửa mã nguồn]

(tiếng Việt)

(tiếng Anh)

Rate this post
Subscribe
Notify of
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments