Lỗ trắng (hay hố trắng) là vùng vũ trụ giả định, hoạt động theo cách ngược lại với lỗ đen (Ảnh: Future). Thuyết tương đối rộng của Einstein đóng vai trò quan trọng giúp chúng ta hiểu quá trình hình thành lỗ đen (hay còn gọi là "hố đen vũ trụ) và cách các lỗ đen tương tác với môi trường. Vậy còn "người anh em song sinh" của lỗ đen - là lỗ trắng. Liệu chúng có tồn tại và đang nằm ở đâu? Người anh em song sinh của lỗ đen Trong vật lý thiên văn, lỗ trắng là thiên thể giả định có đặc tính phóng ra vật chất, trái ngược với lỗ đen vốn hút mọi vật chất. Nó có thể được coi là nghịch đảo thời gian của lỗ đen, tức là giống một lỗ đen, nhưng chỉ khi ta quan sát với thời gian đi ngược lại quá khứ. Để hiểu bản chất của lỗ trắng, trước tiên chúng ta phải xem xét những yếu tố đã hình thành nên các lỗ đen trong vũ trụ. Theo đó, các lỗ đen được hình thành khi một ngôi sao nặng "chết" đi, khiến trọng lượng khổng lồ của nó đè lên phần lõi, tạo nên lực hấp dẫn kéo mọi xuống bên dưới đường chân trời sự kiện.  Lỗ đen là thứ đáng sợ nhất trong vũ trụ (Ảnh: Đại học Arizona). Những gì còn sót lại là những vùng vật chất suy sụp hoàn toàn, nơi lực hấp dẫn lấn át các lực khác trong vũ trụ và nén một khối vật chất xuống một điểm cực nhỏ, được gọi là điểm kỳ dị. Bao quanh điểm kỳ dị đó là một chân trời sự kiện. Đây không phải là một ranh giới vật chất vững chắc, mà chỉ đơn giản là đường viền xung quanh một điểm kỳ dị. Tại đó, lực hấp dẫn mạnh đến mức không có gì, kể cả ánh sáng, có thể thoát ra được. Lỗ trắng thậm chí còn kỳ lạ hơn cả lỗ đen. Chúng được cho là vẫn sẽ có những điểm kỳ dị ở trung tâm và chân trời sự kiện ở đường biên, nhưng bất kỳ vật chất nào lọt vào lỗ trắng sẽ ngay lập tức bị đẩy ra với tốc độ lớn hơn tốc độ ánh sáng. Học thuyết siêu nhiên, hay chỉ là sản phẩm của trí tưởng tượng? Trên lý thuyết, các lỗ trắng hoàn toàn có thể tồn tại dựa vào toán học nhờ sự đối xứng của thuyết tương đối rộng. Nhưng điều đó không có nghĩa là chúng đang tồn tại trong vũ trụ. Nói cách khác, chúng ta vẫn chưa biết rõ sự hình thành nên lỗ trắng, hay liệu chúng có tồn tại thực sự hay không. Điều mâu thuẫn này đã tồn tại trong nhiều thập kỷ, và con người vẫn chưa thể dám chắc. Theo một số giả thuyết, cách duy nhất để hình thành nên lỗ trắng là có một quá trình kỳ lạ nào đó vận hành trong vũ trụ sơ khai, đã nung nấu nên sự tồn tại của những vật chất này trong cấu trúc của không - thời gian. Lỗ trắng có thể chỉ là "bóng ma" ám ảnh của học thuyết tương đối rộng (Ảnh: Getty). Điểm trái ngược của lỗ trắng so với lỗ đen đó là bất cứ thứ gì ở bên ngoài sẽ không bao giờ có thể lọt vào bên trong, bởi nó sẽ phải di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng để đi qua chân trời sự kiện. Giống như người anh em song sinh của mình, các lỗ trắng cũng sở hữu tính chất cực kỳ không ổn định, thậm chí có phần nhỉnh hơn. Theo đó, các lỗ trắng vẫn sẽ phát ra lực hấp dẫn và kéo vật chất về phía chúng. Thế nhưng ngay khi bất cứ thứ gì, thậm chí là một photon (hạt ánh sáng) đơn lẻ tiếp cận lỗ trắng, nó sẽ bị tiêu diệt. Nếu các hạt này bằng một cách nào đó tiếp cận tới đường chân trời sự kiện, nó sẽ không thể vượt qua, mà chỉ khiến năng lượng của hệ tăng vọt. Tới một lúc nào đó, khi nguồn năng lượng của lỗ trắng đạt tới đỉnh điểm, nó sẽ kích hoạt sự sụp đổ hoàn toàn, từ đó chấm dứt sự tồn tại, và trở thành một lỗ đen. Bởi vậy, một số nghiên cứu gần đây đã cho thấy rằng, lỗ trắng cũng có thể là một dạng khác của lỗ đen, và chìa khóa để giải mã các bí ẩn vũ trụ có thể nằm ngay trong chúng. Thế nhưng, những người không ủng hộ học thuyết về các lỗ trắng cho rằng chúng chỉ là sản phẩm của trí tưởng tượng. Trên thực tế, con người chưa hề quan sát thấy bất kì một chứng cứ nào nói lên sự tồn tại của nó. Bởi vậy, sẽ rất khó để nói rằng có một lỗ trắng đang tồn tại ở nơi nào đó ngoài vũ trụ. Không có gì trong vũ trụ đáng sợ hơn một hố đen, Chris Impey, giáo sư thiên văn học Đại học Arizona, Mỹ nhấn mạnh trong bài phân tích về hố đen vũ trụ. Hố đen - khu vực trong vũ trụ có lực hấp dẫn mạnh đến mức không gì có thể thoát ra ngoài - là chủ đề nóng hổi hiện nay. Giáo sư Chris Impey chỉ ra, hố đen đáng sợ vì 3 lý do. Nếu bất cứ thứ gì rơi vào một hố đen hình thành khi một ngôi sao chết đi, vật đó sẽ bị xé vụn. Những hố đen khổng lồ quan sát được ở trung tâm của tất cả các thiên hà đều "phàm ăn" vô cùng. Và cuối cùng, hố đen là nơi các quy luật vật lý vô hiệu. Nghiên cứu hố đen hơn 30 năm, tập trung vào các hố đen siêu khối lượng ở trung tâm của các thiên hà, giáo sư Đại học Arizona lưu ý, hầu hết thời gian các hố đen không hoạt động nhưng khi ở trạng thái hoạt động nuốt những ngôi sao và khí, vùng gần hố đen có thể chiếu sáng toàn bộ thiên hà chứa hố đen đó. Những thiên hà chứa hố đen hoạt động được gọi là chuẩn tinh. Với những gì nhân loại tìm hiểu về hố đen vài thập kỷ qua, vẫn còn rất nhiều bí ẩn cần giải đáp. Hố đen là nấm mồ vật chất Hố đen vũ trụ được cho là hình thành khi một ngôi sao khổng lồ chết đi. Sau khi nhiên liệu hạt nhân của ngôi sao cạn kiệt, lõi ngôi sao sụp đổ đến trạng thái vật chất dày đặc hơn 100 lần so với hạt nhân nguyên tử, dày đặc tới mức proton, neutron và electron không còn là những hạt rời rạc nữa. Bởi các hố đen là vùng tối nên được phát hiện khi quay quanh một ngôi sao bình thường. Những đặc tính của ngôi sao bình thường giúp các nhà thiên văn suy ra được những đặc tính của đối tượng đồng hành tối đó là hố đen. Hố đen đầu tiên được xác nhận là Cygnus X-1, nguồn tia X sáng nhất trong chòm sao Thiên Nga. Kể từ đó, khoảng 50 hố đen vũ trụ đã được phát hiện trong những hệ thống mà một ngôi sao bình thường đi theo quỹ đạo với một hố đen. Đó là những ví dụ gần nhất về khoảng 10 triệu hố đen được cho là nằm rải rác trong Dải Ngân hà. Hố đen vũ trụ là những nấm mồ vật chất: Không gì có thể thoát khỏi chúng, kể cả ánh sáng. Số phận của bất kỳ ai rơi vào một hố đen là sẽ bị "spaghettification" (hay spaghetti hóa) đau đớn - ý tưởng mà Stephen Hawking phổ biến trong cuốn sách “Lược sử thời gian". Trong quá trình spaghettification, lực hấp dẫn cực mạnh của hố đen sẽ kéo giãn cơ thể, tách xương, cơ, gân và thậm chí cả các phân tử. Như mô tả về cổng địa ngục trong Thần khúc của Dante, có thể hiểu số phận của bất cứ ai hoặc vật thể nào rơi vào hố đen, là: Tất cả những ai bước vào đây hãy từ bỏ hi vọng. Quái thú đói khát trong mọi thiên hà Trong 30 năm qua, các quan sát bằng kính viễn vọng không gian Hubble chỉ ra rằng, tất cả các thiên hà đều có hố đen ở trung tâm, với những hố đen lớn ở các thiên hà lớn. Phạm vi khối lượng của các hố đen vũ trụ khác biệt đáng kinh ngạc, từ gấp vài lần Mặt trời đến những quái vật to gấp hàng chục tỉ lần, sự khác biệt như quả táo với đại kim tự tháp Giza Ai Cập. Năm 2019, các nhà thiên văn học công bố bức ảnh đầu tiên về một hố đen và đường chân trời sự kiện của hố đen - con quái vật có khối lượng 7 tỉ Mặt trời ở trung tâm của thiên hà M87. Hố đen này lớn hơn 1000 lần so với hố đen trong Dải Ngân hà. Những hố đen khổng lồ nguy hiểm theo 2 cách. Nếu đến quá gần, lực hấp dẫn khổng lồ sẽ hút các vật thể vào. Và nếu hố đen đang ở giai đoạn chuẩn tinh hoạt động, bức xạ năng lượng cao sẽ thổi bay các vật thể. Hố đen siêu khối lượng rất kỳ lạ Hố đen lớn nhất được phát hiện cho đến nay nặng gấp 40 tỉ lần khối lượng của Mặt trời hoặc gấp 20 lần kích thước của Hệ Mặt trời. Trong khi các hành tinh vòng ngoài của Hệ Mặt trời quay quanh quỹ đạo 1 lần trong 250 năm, hố đen lớn nhất lại quay 3 tháng 1 lần. Cạnh ngoài của hố đen lớn nhất di chuyển với tốc độ bằng một nửa tốc độ ánh sáng. Tâm của hố đen là điểm kỳ dị, điểm trong không gian mà mật độ là vô hạn. Chúng ta không thể hiểu bên trong hố đen bởi vì các quy luật vật lý bị phá vỡ. Thời gian đóng băng ở chân trời sự kiện và lực hấp dẫn trở nên vô hạn ở điểm kỳ dị. Theo Stephen Hawking, các hố đen vũ trụ đang dần bốc hơi. Trong tương lai xa của vũ trụ, rất lâu sau khi tất cả ngôi sao đã chết và các thiên hà bị thu hẹp tầm nhìn bởi sự giãn nở ngày càng nhanh của vũ trụ, hố đen sẽ là vật thể cuối cùng còn sót lại. Những hố đen siêu khối lượng nhất cũng mất một số năm không thể tưởng tượng được để bốc hơi, ước tính từ 10 đến 100 hoặc 10 với 100 số 0 sau nó. Những vật thể đáng sợ nhất trong vũ trụ gần như vĩnh cửu, giáo sư Chris Impey nhận định. |
