Tiểu luận Lỗ đen vũ trụ

Tiểu luận Lỗ đen vũ trụTiểu luận Lỗ đen vũ trụTiểu luận Lỗ đen vũ trụTiểu luận Lỗ đen vũ trụTiểu luận Lỗ đen vũ trụTiểu luận Lỗ đen vũ trụTiểu luận Lỗ đen vũ trụTiểu luận Lỗ đen vũ trụTiểu luận Lỗ đen vũ trụTiểu luận Lỗ đen vũ trụTiểu luận Lỗ đen vũ trụTiểu luận Lỗ đen vũ trụTiểu luận Lỗ đen vũ trụTiểu luận Lỗ đen vũ trụTiểu luận Lỗ đen vũ trụTiểu luận Lỗ đen vũ trụTiểu luận Lỗ đen vũ trụTiểu luận Lỗ đen vũ trụTiểu luận Lỗ đen vũ trụTiểu luận Lỗ đen vũ trụTiểu luận Lỗ đen vũ trụTiểu luận Lỗ đen vũ trụTiểu luận Lỗ đen vũ trụ

Trường Đại học Sư Phạm thành phố Hồ Chí Minh Khoa Vật Lý TIỂU LUẬN Lỗ đen Giảng viên hướng dẫn: Cao Anh Tuấn Nhóm 4 Nguyễn Đức Hiền K40.102.026 Võ Thị Kim Khánh K40.102.036 Thái Thị Thanh Thủy K38.102.144 Nguyễn Bích Huệ K39.105.065 Huỳnh Thị HuyềnTrang K39.105.045 Mã Thị Thùy Trang K36.102.006 Nguyễn Quốc Đạt K38.102 Văn Minh Thư K38.102.120 Tháng 12 năm 2015 Tiểu luận Thiên văn học đại cương MỤC LỤC A LỜI MỞ ĐẦU I Mục đích nghiên cứu: II Đối tượng nghiên cứu: III Phương pháp nghiên cứu: I II Lịch sử hình thành tiến hóa: Suy sụp hấp dẫn: Hình thành từ hạt va chạm lượng cao: Phát triển sát nhập: Bức xạ Hawking: Khái niệm: Tính chất cấu trúc: 10 Tính chất vật lý: 10 Chân trời kiện: 13 Mặt photon: 16 Vùng sản công: 16 Đi vào lỗ đen du hành vũ trụ: 17 III Cách quan sát: 20 Đĩa bồi tụ vật chất: 20 Nguồn tia X hệ đôi: 21 Nhân thiên hà: 22 Chớp tia gamma: 23 Hiệu ứng trường hấp dẫn: 24 C TÀI LIỆU THAM KHẢO Trang Tiểu luận Thiên văn học đại cương A Lời mở đầu Thiên văn học môn khoa học thiên thể, vật thể tồn trời, môn khoa học cấu tạo, chuyển động tiến hóa thiên thể kể trái đất, hệ thống chúng vũ trụ nói chung, dẫn dắt người chinh phục vũ trụ Thiên văn môn học cổ điển đồng thời đại, lượng kiến thức đồ sộ Thiên văn từ đâu bước khỏi khn khổ vật lý Nó môn sở nhận thức luận ngành khoa học mũi nhọn I Mục đích nghiên cứu: Giúp bạn sinh viên nắm kiến thức lỗ đen II Đối tượng nghiên cứu: Khái niệm lỗ đen, hình thành lỗ đen, tính chất cấu trúc lỗ đen, cách quan sát lỗ đen III Phương pháp nghiên cứu: o Nghiên cứu lý luận: Tiến hành đọc tài liệu giáo trình, thơng tin lỗ đen sách vở, nguồn internet Tham khảo ý kiến thầy cơ, anh chị khóa trước để hồn thiện kiểm tra tính xác nội dung o Nghiên cứu thực hành: Trang Tiểu luận Thiên văn học đại cương B Nội dung I Lịch sử hình thành tiến hóa: Albert Einstein người tiên đoán lỗ đen năm 1916 với thuyết tương đối tổng quát Thuật ngữ “lỗ đen” đặt năm 1967 nhà thiên văn học John Wheeler lỗ đen phát vào năm 1971 Suy sụp hấp dẫn: Giai đoạn suy sụp hấp dẫn xuất áp suất lòng vật thể khơng đủ lớn để chống lại lực hút hấp dẫn Đối với ngơi sao, q trình xuất có q "nhiên liệu" lại để trì nhiệt độ thông qua phản ứng tổng hợp hạt nhân sao, ngơi nhận thêm vật chất từ môi trường từ đồng hành khiến cho lực hấp dẫn lớn áp suất lòng ngơi Trong hai trường hợp, áp suất không đủ lớn để ngăn cản suy sụp hấp dẫn khối lượng Q trình gọi trình suy sụp hấp dẫn Quá trình suy sụp dừng lại "áp suất lượng tử" thành phần hạt vật chất sao, hình thành lên dạng vật chất với mật độ lớn Kết mang lại có số kiểu đặc khác Do khối lượng tàn dư thường nhỏ nhiều khối lượng gốc Các nhà vật lý lý thuyết cho lỗ đen khối lượng hình thành từ q trình suy sụp hấp dẫn ngơi gốc khối lượng lớn Tùy vào khối lượng ban đầu mà tiến hóa thành:  Sao lùn trắng:  Sao nơtron:  Lỗ đen: Sự hình thành lúc vũ trụ sơ khai dẫn đến ngơi có khối lượng lớn, với giai đoạn cuối đời chúng tạo lỗ đen khối lượng cỡ 102 Những lỗ đen hình thành lên lỗ đen siêu khối lượng thường tìm thấy trung tâm thiên hà Trong đa số lượng giải phóng q trình suy sụp hấp dẫn phát nhanh, người xa bên ngồi khơng thực nhìn thấy trình kết thúc Ngay diễn thời gian hữu hạn hệ quy chiếu vật chất rơi suy sụp, quan sát viên xa thấy vật chất rơi trung tâm chậm dần dừng lại trước chân trời kiện Đối với người Trang Tiểu luận Thiên văn học đại cương xa lạ họ thấy đồng hồ gần lỗ đen chạy chậm so với đồng hồ xa lỗ đen, hiệu ứng "giãn thời gian hấp dẫn" Ánh sáng phát từ vật chất co sụp thời gian lâu để đến vùng bên ngoài, với ánh sáng phát trước vật chất băng qua chân trời kiện khoảng thời gian gần vô hạn để tới quan sát viên Do vậy, người nhìn thấy hình thành chân trời kiện lỗ đen Vật chất suy sụp theo thời gian trở lên mờ bước sóng ánh sáng phát dịch chuyển phía đỏ nhiều cuối tàn lụi đi, khơng thứ ánh sáng Hình thành từ hạt va chạm lượng cao: Ngồi q trình suy sụp hấp dẫn hình thành lên lỗ đen, nguyên lý va chạm hạt lượng cao máy gia tốc hình thành lỗ đen đạt mật độ cho phép Cho đến 2013, chưa kiện xác nhận, trực tiếp hay gián tiếp, lỗ đen siêu nhỏ hình thành máy gia tốc hạt Về mặt lý thuyết, giới hạn khối lượng cho phép hình thành lỗ Trang Tiểu luận Thiên văn học đại cương đen siêu nhỏ nằm khoảng khối lượng Planck, nơi hiệu ứng lượng tử có ảnh hưởng đáng kể Giới hạn cho thấy mức hoạt động số máy gia tốc khơng có khả sinh lỗ đen siêu nhỏ Mặt khác, số lý thuyết hấp dẫn lượng tử cho kết khối lượng Planck có giá trị thấp hơn: có mơ hình "thế giới brane" tính giá trị Mặc dù lý thuyết gợi mở, số nhà vật lý không ủng hộ cho khả xuất lỗ đen siêu nhỏ máy gia tốc nhân tạo Cho nên, lý thuyết lý thuyết Ngay lỗ đen hình thành, theo lý thuyết chúng nhanh chóng bốc với khoảng thời gian 10-25 giây, khơng gây ảnh hưởng đến Trái Đất Sự hình thành lỗ đen vi mô liên quan tới đốn vòng chu vi giới hạn vật thể sau trình va chạm suy sụp Phát triển sát nhập: Trong thời gian tồn lỗ đen, tăng thêm khối lượng q trình hút vật chất từ khơng gian xung quanh vào Nó liên tục hấp thụ khí bụi liên từ môi trường xung quanh xạ vi sóng vũ trụ Q trình hấp thụ khối lượng trình hình thành lên lỗ đen siêu khối lượng Và trình áp dụng cho lỗ đen khối lượng trung gian nằm cụm cầu Một chế khác lỗ đen sáp nhập với thiên thể khác hay lỗ đen Quá trình đặc biệt quan trọng mang lại khả giải Trang Tiểu luận Thiên văn học đại cương thích hợp lý lại có lỗ đen khổng lồ, mà chúng hình thành từ việc sáp nhập nhiều lỗ đen nhỏ Các lỗ đen khối lượng khổng lồ nằm tâm thiên hà sáp nhập với giai đoạn hai thiên hà va chạm sáp nhập, q trình xảy lỗ đen khối lượng trung gian, Omega Centauri Quá trình thu hút vật chất phía lỗ đen hình thành lên đĩa sáng bồi tụ chứa vật chất trạng thái plasma nóng hàng triệu độ, vùng phát nguồn tia X mạnh Chớp tia gamma thu từ đài quan sát vệ tinh phát từ nguồn xa cng giải thích từ q trình sáp nhập hai đặc lỗ đen hút đặc khác Thông qua nguồn tia X mà nhà thiên văn nhận biết tồn lỗ đen Hai lỗ đen quay quanh phát sóng hấp dẫn mang lượng hệ Do lượng, chúng có quỹ đạo gần hơn, cuối hòa nhập lại hình thành lỗ đen khối lượng lớn quay nhanh quay trục Lỗ đen bị đẩy khỏi vùng hai lỗ đen ban đầu với vận tốc cỡ 400 km/s, chí sau thời gian dài khỏi thiên hà ban đầu Hình: Mơ lỗ đen sát nhập phát sóng hấp dẫn Trang Tiểu luận Thiên văn học đại cương Bức xạ Hawking: Năm 1971, Stephen Hawking chứng minh diện tích chân trời kiện lỗ đen cổ điển khơng giảm Điều tương tự định luật thứ hai nhiệt động lực học, vai trò diện tích chân trời kiện tương ứng với entropy Năm 1974, Hawking áp dụng lý thuyết trường lượng tử cho không thời gian cong xung quanh chân trời kiện lỗ đen phát lỗ đen phát lượng nhỏ xạ nhiệt, xạ mà hố đen gọi xạ Hawking Bằng cách áp dụng lý thuyết trường lượng tử cho lỗ đen đứng yên không thời gian, ơng xác định phát hạt phổ xạ vật đen tuyệt đối Bức xạ Hawking xuất phát từ bên chân trời kiện người ta hiểu mang thơng tin từ bên lỗ đen xạ nhiệt Các lỗ đen giảm dần khối lượng bốc sau thời gian chúng khối lượng thơng qua lượng hạt phát Nhiệt độ phổ xạ (nhiệt độ Hawking) tỷ lệ với giá trị hấp dẫn bề mặt lỗ đen, mà lỗ đen Schwarzschild, nhiệt độ tỷ lệ nghịch với khối lượng Do vậy, lỗ đen khối lượng lớn phát xạ so với lỗ đen khối lượng nhỏ Trang Tiểu luận Thiên văn học đại cương Giả sử lỗ đen có khối lượng khối lượng Mặt Trời có nhiệt độ Hawking 100 nano Kelvin Giá trị nhỏ hẳn nhiệt độ 2,7K xạ vi sóng vũ trụ Do lỗ đen khối lượng hay lớn nhận thêm khối lượng từ xạ vũ trụ so với lượng nhỏ xạ Hawking chúng phát ra, chúng lớn lên thay nhỏ dần Để có nhiệt độ Hawking lớn 2,7K, lỗ đen phải có khối lượng nhỏ khối lượng Mặt Trăng Những lỗ đen có đường kính bé milimét Lỗ đen nhỏ hiệu ứng xạ mạnh Một lỗ đen có khối lượng người bình thường bốc Lỗ đen khối lượng tơ có đường kính khoảng 10-24 m bốc xấp xỉ sau nano giây, lúc phát sáng gấp 200 lần độ sáng Mặt Trời Lỗ đen nhỏ có thời gian bốc ngắn nữa, lỗ đen khối lượng cần 10-88 giây để biến Tuy lỗ đen bốc theo lý thuyết, khơng thể tách thành hai lỗ đen nhỏ hơn, lỗ đen sáp nhập với Khái niệm: Lỗ đen hay hố đen thiên thể kì lạ có mật độ khối lượng lớn qi vật hút tất đến gần nó, vùng khơng thời gian mà có mật độ đặc tới mức lực hấp dẫn chống lại, ngăn khơng cho kì dạng vật chất kể ánh sáng ngồi mặt biên (chân trời kiện), khiến cho chúng trở nên vơ hình tạo nên khoảng trống cấu trúc không gian Thuyết tương đối rộng Einstein, hố đen vũ trụ khơng tồn mà hình thành tự nhiên có đủ điều kiện, vật chất đạt đến vận tốc ánh sáng, tạo giới hạn mà vật chất tập trung lại thành điểm tạo thành lỗ đen Lỗ đen gọi "đen" hấp thụ xạ vật chất hút qua chân trời kiện, khơng phải loại "lỗ" hay "hố" mà vùng không thời gian không thứ ngồi Vật chất muốn khỏi lỗ đen phải có vận tốc lớn vận tốc ánh sáng chân khơng, mà điều xảy khuôn khổ thuyết tương đối, vận tốc ánh sáng chân khơng vận tốc giới hạn lớn đạt dạng vật chất Trang Tiểu luận Thiên văn học đại cương Hình: Lỗ đen hút vật chất dội, cọ sát với nóng lên hàng triệu độ Hố đen khơng biểu ngơi sáng bình thường mà chúng quan sát gián tiếp qua tương tác trường hấp dẫn hố đen không gian xung quanh Một nhóm nhà Vật lý thiên văn quốc tế đứng dầu nhà khoa học trường đại học Fohns Hopkins lần đầu chứng kiến ngơi bị nuốt lỗ đen, giải phóng quầng lửa vật chất bốc cháy với vận tốc gần vận tốc ánh sáng Trang Tiểu luận Thiên văn học đại cương Giả sử khoảng thời gian hai kiện xảy thiên thể có khối lượng M bán kinh r (thời gian riêng), khoảng thời gian hai kiện người quan sát ngồi thiên thể ghi nhận (thời gian tọa độ) thì: Ta thấy r>> , tức thiên thể có bán kính co rút đến gần giá trị số bán kính hấp dẫn thời gian tọa độ trở nên vô to lớn, thời gian kéo dài Như vậy, giả sử bình thường phát sóng =c (trong đó: chu kì sóng) co rút đến bán kính r= là: Vậy bước sóng λ=cT= Điều có nghĩa biến thành lỗ đen ta khơng thể thu sóng điện từ nó, tức ánh sáng Sao tắt ngấm gọi lỗ đen  Lỗ đen siêu khổng lồ (con quái vật khổng lồ vũ trụ): Các lỗ đen nhỏ phổ biến vũ trụ lỗ đen siêu khổng lồ lại chiếm ưu Chúng lớn gấp hàng triệu chí hàng tỷ lần khối lượng Mặt trời có kích thước tương đương với Mặt trời mà Mỗi lỗ đen cho nằm khu vực trung tâm hầu hết thiên hà bao gồm dải Ngân hà Gần người ta chứng minh tâm thiên hà tồn hố đen có khối lượng lớn Hố đen tâm thiên hà nặng khoảng triệu lần khối lượng Mặt trời Các nhà khoa học chưa chắn việc làm lỗ đen to lớn sinh Nhưng chúng hình thành, chúng dễ dàng thu thập khối lượng từ bụi khí xung quanh chúng ta, lượng vật chất dồi tâm thiên hà cho phép chúng phát triển đến kích thước khổng lồ Các lỗ đen siêu khổng lồ kết hàng trăm hay hàng ngàn lỗ đen nhỏ kết hợp lại tạo nên Các đám mây khí lớn nguồn gốc hình thành lỗ đen siêu khổng lồ suy sụp lại nhanh chóng tăng khối lượng Trang 12 Tiểu luận Thiên văn học đại cương  Lỗ đen trung bình: Một lỗ đen có khối lượng trung bình lớp giả thuyết lỗ đen có khối lượng khoảng từ 100 đến triệu lần khối lượng Mặt trời, lớn đáng kể so với lỗ đen nhỏ lại nhỏ so với lỗ đen siêu khổng lồ Lỗ đen có lớp: bên ngồi, bên chân trời kiện điểm kì dị Chân trời kiện: Chân trời kiện lỗ đen ranh giới xung quanh lỗ đen, nơi mà ánh sáng bị khả thoát khỏi lỗ đen Khi hạt qua chân trời kiện, khơng thể ngồi Bề mặt biểu kiến lỗ đen định nghĩa chân trời kiện, biên giới không thời gian mà vượt qua vật chất xạ tâm lỗ đen Khơng thứ gì, ánh sáng, từ lỗ đen ngồi chân trời kiện Chân trời kiện định nghĩa kiện xảy bên nó, thơng tin kiện khơng thể vượt để đến quan sát viên xa lỗ đen, khiến cho người khơng thể biết bên Tại chân trời kiện lỗ đen, độ cong không thời gian trở lên lớn khiến cho không đường khỏi lỗ đen Trang 13 Tiểu luận Thiên văn học đại cương Đối với người xa, họ thấy đồng hồ gần lỗ đen chạy chậm so với đồng hồ nằm xa Do hiệu ứng này, gọi giãn thời gian hấp dẫn, quan sát viên xa thấy vật rơi vào lỗ đen dường chuyển động chậm dần đến gần chân trời kiện, cần thời gian vô hạn để đến tới chân trời Nếu vật phát ánh sáng xanh, quan sát viên thấy ánh sáng đỏ mờ vật tiến đến chân trời kiện, hiệu ứng mà nhà vật lý gọi dịch chuyển đỏ hấp dẫn Tuy nhiên, người xa tưởng chừng vật rơi đến đứng yên nơi gần biên giới lỗ đen, vật thể cần thời gian hữu hạn để vượt qua chân trời lỗ đen Hình dạng chân trời kiện lỗ đen ln ln có dạng xấp xỉ hình cầu Đối với lỗ đen đứng n khơng quay, biên giới lỗ đen có dạng hình cầu Nếu lỗ đen đứng yên quay quanh trục có dạng hình cầu theo phương trình tốn học có hai chân trời kiện Vùng kì dị: Khu vực bên lỗ đen, có điểm mà lượng cực lớn vật chất nghiền thành số lượng không gian nhỏ vô hạn gọi điểm kì dị, điểm khơng thời gian tập trung khối lượng lỗ đen Trang 14 Tiểu luận Thiên văn học đại cương Điểm kì dị nơi tập trung vật chất lỗ đen che giấu chân trời kiện Nếu rơi vào lỗ đen tức qua chân trời kiện đến gần điểm kì dị, vật thể khơng thể tích mà khối lượng với trường hấp dẫn Một đặc điểm thuyết tương đối tổng quát nghiệm miêu tả lỗ đen, trung tâm có vùng kì dị hấp dẫn, nơi độ cong khơng thời gian có giá trị vơ hạn (hay kì dị độ cong) Đối với lỗ đen không quay, vùng điểm r = 0, lỗ đen quay, vùng hình thành lên vòng tròn kì dị nằm mặt phẳng xích đạo lỗ đen Trong hai trường hợp, vùng kì dị tích khơng Các nhà vật lý chứng minh vùng kì dị chứa tồn khối lượng lỗ đen Do coi vùng có mật độ vật chất lớn vơ hạn Một vệ tinh kích thước nhỏ vào lỗ đen Schwarzschild khơng thể tránh khỏi chạm vào vùng kì dị băng qua chân trời kiện Vệ tinh làm chậm q trình rơi vào đến gần chân trời cách sử dụng động phản lực, vượt qua khơng thể cứu vãn Khi vệ tinh chạm đến điểm kì dị, tồn khối lượng hòa trộn vào mật độ khối lượng vô hạn Trang 15 Tiểu luận Thiên văn học đại cương kì dị lỗ đen Trước đến trung tâm, vật thể trải qua tác động lực thủy triều lên cấu trúc bị xé tan nát thành mảnh vụn nhỏ Mặt photon (photon sphere): Mặt cầu photon biên giới hạn hình cầu mà photon có vận tốc tiếp tuyến với bị bẫy quỹ đạo tròn đường tròn lớn mặt cầu Đối với lỗ đen khơng quay, mặt cầu photon có bán kính 1,5 lần bán kính Schwarzschild rS Trên lý thuyết, photon rơi vào quỹ đạo chuyển động mãi Tuy nhiên, mặt động lực, quỹ đạo không ổn định, nhiễu loạn nhỏ khiến cho hạt có quỹ đạo hướng ngồi bị hút phía chân trời kiện Bên mặt cầu photon, khơng thể tồn quỹ đạo tròn cho photon Nếu chiếu tia sáng bên ngồi khỏi ảnh hưởng lỗ đen, chiếu ánh sáng phía lỗ đen ánh sáng bị hấp thụ hồn tồn Đối với lỗ đen quay quanh trục miêu tả mêtric Kerr, tồn hai quỹ đạo tròn giới hạn photon đồng phẳng với mặt phẳng xích đạo lỗ đen quỹ đạo khác khơng đồng phẳng, khơng tròn cho phép photon chuyển động bán ổn định quỹ đạo thuộc mặt cầu hay quỹ đạo cầu Đối với lỗ đen Kerr, mặt phẳng xích đạo, quỹ đạo tròn tương ứng với photon chuyển động theo hướng với chiều quay lỗ đen nằm gần lỗ đen hơn, vòng tròn tương ứng với photon chuyển động theo chiều ngược lại nằm xa lỗ đen Tuy quỹ đạo photon mặt cầu khơng ổn định, chúng khơng có ý nghĩa vật lý xác định ranh giới cuối mà lỗ đen cho phép tia sáng chuyển động tròn quanh Những mặt cầu quỹ đạo photon đóng vai trò quan trọng việc hình thành hình ảnh quang học đĩa vật chất bồi tụ bao quanh lỗ đen Vùng sản công (event horizon): Có vùng khơng thời gian bao quanh chân trời kiện lỗ đen quay mà vật nằm vùng khơng thể đứng n, vùng không gian xung quanh chân trời kiện gọi mặt cầu sản công Kết ảnh hưởng hiệu ứng kéo hệ quy chiếu, thuyết tương đối tổng quát tiên đoán vật quay quanh trục kéo không thời gian lân cận vật Vì vật nằm gần khối lượng quay bắt đầu chuyển động xoay quanh vật Trang 16 Tiểu luận Thiên văn học đại cương trung tâm theo chiều quay Đối với lỗ đen quay quanh trục, hiệu ứng trở lên mạnh gần chân trời kiện khiến ánh sáng chuyển động ngược với chiều quay lỗ đen Vùng sản công lỗ đen quay giới hạn chân trời kiện bên hình cầu dẹt tiếp xúc với chân trời kiện hai cực Biên phía ngồi đơi gọi mặt sản công Các vật xạ bên ngồi từ vùng sản cơng, chúng theo hướng quay lỗ đen đòi hỏi lượng so với theo hướng ngược lại Thơng qua chế Penrose, thu lượng từ lỗ đen quay cách gửi vật từ xa bên ngồi vào vùng sản cơng Khi vật vùng thực cách tách làm hai vật, cho vật rơi vào lỗ đen vật bắn khỏi vùng sản công Năng lượng lấy làm lỗ đen quay chậm dần lại theo thời gian, ngừng quay khơng tồn vùng sản công Đi vào lỗ đen du hành vũ trụ: Mọi thứ rơi qua chân trời lỗ đen vào vùng kì dị bị phá hủy hồn tồn Nhưng giả sử có nhà du hành vũ trụ mạo hiểm bắt đầu tiến gần thăm dò lỗ đen siêu khối lượng tàu Lúc xa, người tàu Trang 17 Tiểu luận Thiên văn học đại cương trạng thái khơng trọng lượng lực hấp dẫn yếu, thể khơng cảm thấy có lực kéo Đối với lỗ đen lớn, lực thủy triều gần chân trời kiện yếu so với lỗ đen nhỏ Điều cho phép tàu có khả tiếp cận biên giới lỗ đen Giả sử nhà du hành đặt chân vào bên lỗ đen, nhà du hành cảm thấy rõ rệt lực thủy triều tác động lên phía chân mạnh so với phần đầu Lúc thể bị kéo giãn ra, hình dung kẹo kéo bị hai người khỏe mạnh kéo giãn hai đầu, gần đến lỗ đen nhà du hành phải trải qua q trình có tên gọi tạo mì ống, lúc thể bị kéo giãn mỏng sợi mì, lực hút kéo đến giới hạn đến mảnh vụn bị hút vào lỗ đen Giả sử tàu nhà du hành chịu sức ép kéo băng qua chân trời kiện lỗ đen Trong tàu, nơi hệ tọa độ cục bộ, hay cảm giác lúc tàu băng qua mặt biên (ngoại trừ lực thuỷ triều) Trong lúc vào, nhìn ngược phía ngồi vũ trụ, nhà du hành thấy nằm lệch khỏi vị trí chúng, vào sâu ngơi sáng nằm gần Điều lỗ đen làm uốn cong không thời gian hiệu ứng dịch chuyển đỏ hấp dẫn làm bước sóng tia sáng phát từ ngơi bị hút lỗ đen dịch chuyển phía xanh nhiều Khi băng qua chân trời kiện, hết thời gian hữu hạn đo tàu, tàu không tránh khỏi bị phá hủy hiệu ứng thủy triều cực mạnh hòa vào vùng kì dị lỗ đen Trang 18 Tiểu luận Thiên văn học đại cương Còn người ngồi xa lỗ đen, thơng qua tín hiệu tàu phát ra, họ thấy tàu rơi chậm dần phía chân trời kiện Tín hiệu nhận chuyển dần từ bước sóng ngắn sang bước sóng dài hay dịch chuyển đỏ Và dường phải đợi lâu (gần lâu vô hạn, đo đồng hồ nằm xa lỗ đen) để thấy tàu rơi qua biên giới lỗ đen Người xa nhận tín hiệu có bước sóng lúc dài, đến thiết bị họ khơng khả thu bước sóng dài coi hình ảnh tín hiệu tàu biến Trong trường hợp lỗ đen tích điện hay lỗ đen quay quanh trục, rơi vào chúng, lý thuyết tránh vùng kì dị hấp dẫn Bằng cách mở rộng miêu tả toán học nghiệm lên mức tổng quát có thể, nhà vật lý nhận thấy có khả người vào lỗ đen sang vùng khơng thời gian khác, lúc lỗ đen trở thành cổng nối lỗ sâu đục Về chất lỗ sâu đục lỗ đen, có tới đầu (ra- vào), đầu chuyên hút vào vật chất đầu thải thứ vào nơi khác xa xăm vũ trụ Thử hình dung lỗ sâu đục mạng lưới tàu điện ngầm không gian Tuy nhiên xác suất để du hành sang vũ trụ khác thấp cần nhiễu loạn nhỏ lỗ đen phá hủy cầu nối thay vào người rơi trở lại vùng kì dị hấp dẫn Các nhà lý thuyết cho Trang 19 Tiểu luận Thiên văn học đại cương tồn khả kì lạ tính đến hiệu ứng lượng tử cho lỗ đen mang điện tích quay quanh trục Nếu nhà du hành thay thẳng vào lỗ đen, lái tàu quay quanh nhiều vòng hiệu ứng giãn thời gian hấp dẫn làm cho thời gian trôi tàu chậm so với thời gian đo đồng hồ xa lỗ đen Sau quay đủ nhiều vòng, tàu rời lỗ đen trở nơi xuất phát Lúc nhà du hành có độ tuổi trẻ nhiều so với người đây, coi du hành đến tương lai III Cách quan sát: Theo tính chất lỗ đen, khơng trực tiếp phát tín hiệu giả thiết xạ Hawking, phạm vi thiên văn vật lý xạ Hawking yếu, quan sát thấy xạ từ Trái Đất trực tiếp Quan sát thiên văn vật lý lỗ đen phải dựa quan sát gián tiếp Đĩa bồi tụ vật chất: Đĩa bồi tụ nguyên nhân dẫn tới tăng trưởng tiến hóa hầu hết thiên thể, từ tiền trẻ giai đoạn tạo lỗ đen siêu nặng trung tâm thiên hà Vật chất đĩa bồi tụ đóng vai trò tác động khác tự quay hố đen, hình thành hai dòng khí nhỏ mạnh bị bắn số hố đen Các nhà thiên văn học đưa số giải thích hình thành Trang 20 Tiểu luận Thiên văn học đại cương dòng khí đường sức từ hướng vào đĩa đường hướng bị buộc chuyển động quay đĩa quay vòng quanh, lực điện kéo khí nóng (plasma) theo đường sức từ xoay vòng kia, đường sức từ xoay, lực ly tâm ném plasma theo chúng tạo hai cột bị từ hóa, hướng ngồi lên trên, hướng xuống Một chế lý giải hình thành tia phát từ hai cực lỗ đen kết hợp vùng sản công từ trường lỗ đen tác động lên hạt vật chất rơi lỗ đen, số rơi qua chân trời kiện, số vật chất bắn ngược bên tạo nên hai tia đối cực Nhiều tượng lượng cao vũ trụ có nguồn gốc từ đĩa bồi tụ vật chất quanh lỗ đen Hình biểu diễn đĩa bồi tụ dòng khí lỗ đen Nguồn tia X hệ đôi: Nguồn tia X hệ đôi thuộc hệ thống đôi với lượng phát chủ yếu phổ tia X, chúng dạng vơ hình xạ điện từ mang nhiều lượng khả xuyên qua cao ánh sáng thấy Đa phần nguồn đặc bồi tụ vật chất lấy từ đồng hành hệ Sự có mặt đồng hành hệ cho phép nhà thiên văn có hội nghiên cứu chi tiết thiên thể đặc trung tâm lỗ đen Trang 21 Tiểu luận Thiên văn học đại cương Nếu tín hiệu phát thuộc thiên thể đặc bỏ qua tín hiệu thuộc vùng bồi tụ thiên thể khơng thể lỗ đen Tuy nhiên, thiên thể đặc không phát tín hiệu nào, chưa thể loại trừ khả neutron Bằng cách nghiên cứu đồng hành cho phép đo tính tham số quỹ đạo hệ, từ nhà thiên văn tính khối lượng thiên thể đặc Khả thuyết phục mạnh lỗ đen tồn tại, Cygnus X-1, nhà thiên văn Charles Thomas Bolton, Louise Webster Paul Murdin phát nhờ vào phương pháp năm 1972 Hiện tại, nhiều ứng cử viên lỗ đen tìm thấy lớp hệ đôi tia X gọi nguồn chuyển tiếp tia X lượng thấp Trong lớp này, khối lượng đồng hành thấp cho phép ước lượng xác khối lượng lỗ đen Hơn nữa, lần tia X phát từ hệ có thời gian vài tháng với khoảng chu kỳ 10–50 năm Trong thời gian nguồn tia X ngừng phát yếu, vùng bồi tụ trở lên mờ cho phép thực quan sát chi tiết đồng hành Nhân thiên hà: Các nhà thiên văn học sử dụng thuật ngữ thiên hà hoạt động để miêu tả thiên hà với đặc trưng khác lạ, vạch quang phổ phát xạ bất thường hay xạ vô tuyến mạnh Những nghiên cứu lý thuyết quan sát cho thấy hoạt động nhân thiên hà giải thích tồn lỗ đen siêu Trang 22 Tiểu luận Thiên văn học đại cương khối lượng Các mô hình nhân thiên hà hoạt động (AGN) bao gồm lỗ đen trung tâm với khối lượng vài triệu đến hàng tỷ lần khối lượng Mặt Trời, đĩa bồi tụ gồm khí bụi liên bao quanh, hai luồng tia tương đối tính phóng gần vng góc với mặt phẳng đĩa Các nhà thiên văn cho lỗ đen khổng lồ tìm thấy trung tâm thiên hà hoạt động, số nhân thiên hà nghiên cứu kỹ lưỡng nhằm phát đo đạc khối lượng lỗ đen nằm trung tâm Những thiên hà bật với khả chứa lỗ đen siêu khối lượng bao gồm thiên hà Andromeda thiên hà Sombrero Có chứng thuyết phục lỗ đen khổng lồ trung tâm Ngân Hà thông qua việc nghiên cứu chuyển động riêng quanh vùng Từ năm 1995, nhà thiên văn thực theo dõi chuyển động 90 vùng gọi Sagittarius A* Bằng cách làm khớp số liệu quan sát với tham số quỹ đạo Kepler, họ kết luận vào năm 1998 phải có vật thể khối lượng 2,6 x 106 M nằm vùng bán kính 0,02 ly Họ tính có thiên thể khối lượng 4,3 x 106 M nằm bán kính nhỏ 0,002 ly Mặc dù bán kính lớn 3000 lần bán kính Schwarzschild lỗ đen khối lượng, theo thuyết tương đối tổng quát, thiên thể có khối lượng lớn phải lỗ đen, cụm tập trung khối lượng lớn vùng nhỏ Chớp tia gamma: Chớp tia gamma nguồn tia gamma mang lượng lớn vũ trụ phát từ thiên hà xa Cơ chế giải thích cho nguồn bắt nguồn từ sáp nhập hai neutron, lỗ đen hút đặc đồng hành hay vùng bồi tụ quanh lỗ đen, từ suy sụp hấp dẫn có khối lượng lớn vụ nổ siêu tân tinh Lỗ đen lộ diện vụ nổ tia gamma, mạnh tia X, tia gamma thực tế xạ mạnh khả xuyên thủng mạnh thang điện từ Như tia X, đủ nhiều, tia gamma giết chết vật sống, lý bác sĩ đơi dung lượng nhỏ có kiểm sốt tia gamma để phá hủy khối u ung thư Cũng tương tự tia X, tia gamma thu hút ý nhà thiên văn học vào năm 1960 Dụng cụ dò tìm tên lửa người Mỹ bắt đầu ghi nhận vụ nổ tia gamma mạnh kì lạ đến từ vùng Trang 23 Tiểu luận Thiên văn học đại cương bầu trời Các chùm điển hình tồn vài giây số sáng lên biến giây Đa số chớp có thời gian ghi nhận lớn khoảng giây phân loại vào nhóm chớp tia gamma kéo dài, khoảng 30% quan sát chớp diễn ngắn giây hay chớp tia gamma ngắn Chớp tia gamma kéo dài có nguồn gốc từ trình suy sụp hấp dẫn khối lượng lớn, khổng lồ xanh vùng sản sinh Đặc biệt, chớp gamma có lượng lớn GRB 110328A, kéo dài tới hàng tháng nằm thiên hà cách xa 3,8 tỷ năm ánh sáng lỗ đen siêu khối lượng xé tan hấp thụ dần lùn trắng quay gần Dựa vào tính chất chớp gamma thời gian xảy ra, lượng phát biểu đồ cường độ thu mà suy đốn nguồn gốc chớp từ chùm tia tương đối tính phát từ lỗ đen, hay từ trình hình thành lên lỗ đen sáp nhập từ hai neutron Hiệu ứng trường hấp dẫn: Một tính chất khác lỗ đen so với thiên thể đặc cho phép phát tồn nó, hiệu ứng trường hấp dẫn tác động mạnh lên khơng thời gian bao quanh Một hiệu ứng thấu kính hấp dẫn Trang 24 Tiểu luận Thiên văn học đại cương Thấu kính hấp dẫn xảy nhà thiên văn học Trái Đát quan sát thiên hà lớn hay cụm thiên hà Những thiên hà có khối lượng lớn thấu kính khơng gian, chúng bẻ cong tia sáng qua gần chúng lực hấp dẫn tạo nhiều hình ảnh thiên thể phía xa Khi thiên thể phía xa, thiên hà gây thấu kính hấp dẫn thẳng hàng với chúng ta, quan sát hình ảnh vòng khơng gian Một vòng gọi vòng Einstein Hiện có số dự án khảo sát phát hiệu ứng thấu kính hấp dẫn yếu, tia sáng bị lệch vài giây cung Tuy vậy, chưa thể chụp ảnh trực tiếp hiệu ứng lỗ đen Một cách khác để quan sát hiệu ứng thấu kính hấp dẫn thơng qua ánh sáng phát từ quay quanh lỗ đen Phương pháp quan trắc trực tiếp khác phát sóng hấp dẫn phát từ hệ chứa lỗ đen Bằng cách làm phù hợp liệu quan trắc so với tiên đoán thuyết tương đối tổng quát cho phép tính xác khối lượng momen động lượng vật thể trung tâm thực song song việc kiểm nghiệm thuyết tương đối rộng trường hấp dẫn mạnh Trang 25 Tiểu luận Thiên văn học đại cương C Tài liệu tham khảo https://en.wikipedia.org/wiki/Black_hole http://www.bachkhoatrithuc.vn Giáo trình Thiên văn học đại cương, Ths Trần Quốc Hà, Đại học Sư Phạm thành phố Hồ Chí Minh Vatlythienvan.com Thienvanvietnam.org http://khoahoc.tv/giai-ma-lam-tuong-lo-den-vu-tru-la-ke-huy-diet-57297 Trang 26 ... hợp lỗ đen không quay quanh trục khơng có điện tích Đối với lỗ đen tổng quát nói chung, giá trị lớn gấp hai lần o Phân loại: Có lồi lỗ đen: lỗ đen sao, lỗ đen siêu khổng lồ lỗ đen trung bình  Lỗ. .. nghĩa biến thành lỗ đen ta khơng thể thu sóng điện từ nó, tức ánh sáng Sao tắt ngấm gọi lỗ đen  Lỗ đen siêu khổng lồ (con quái vật khổng lồ vũ trụ) : Các lỗ đen nhỏ phổ biến vũ trụ lỗ đen siêu khổng... Trời Lỗ đen nhỏ có thời gian bốc ngắn nữa, lỗ đen khối lượng cần 10-88 giây để biến Tuy lỗ đen bốc theo lý thuyết, khơng thể tách thành hai lỗ đen nhỏ hơn, lỗ đen sáp nhập với Khái niệm: Lỗ đen