ếu sao hố đen là dạng duy nhất của hố đen mà khoa học chỉ có thể
tìm thấy bằng chứng không trực tiếp, thì vũ trụ có lẽ sẽ không đáng sợ như nó bây giờ. Xét cho cùng, các sao hố đen không xuất hiện để
tạo ra nguy hiểm ngắn hạn hay dài hạn cho vũ trụ nói chung hay sự tồn tại của sự sống. Sự thật, khi một sao khổng lồ sập thành một hố đen, tất cả sự sống trên hành tinh hay mặt trăng của hệ mặt trời đó đầu tiên sẽ bị rán và sau đó là đông lạnh. Không có sự sống ở bất kỳ dạng nào có thể tồn tại lâu. Tuy nhiên, những tác động chết người có thể chỉ lưu lại trên hệ đó. Điều này là do khoảng cách của hầu hết các vì sao là rất lớn--khoảng bốn đến bảy năm ánh sáng, hay 24 nghìn tỷ đến 42 nghìn tỷ dặm. Tác động hấp dẫn và bức xạ của cả một hố đen nặng nhất cũng chỉ có thể cảm nhậ được ở một khoảng cách khác nhỏ. Vì vậy, hố đen loại này không tạo ra nguy hiểm gì đáng kể cho các sao gần đó và hành tinh của chúng, hay bất kỳ dạng sống nào có thể có.
Tuy nhiên, khi suy nghĩ về hệ thống lớn hơn thì khi vực an toàn trở
nên viễn vông và hoàn toàn vô dụng. Các nhà khoa học giờ đã biết rằng nguy hiểm do hố đen gây ra sẽ tăng lên đặc biệt ở những khi vực có nhiều sao lớn nằm gần nhau (chỉ cách nhau vài tuần, vày ngày, vài giờ ánh sáng). Ở môi trường như vậy, vài ngôi sao khổng lồ gần nhau có thể nối tiếp nhau sụp đổ thành hố đen. Khi những thiên thể siêu đặc này trôi dạt, một số sẽ hòa với nhau, tạo ra thiên thể nặng hơn với hấp dẫn lớn hơn.
Cuối cùng, một hố đen rất nặng sẽ thống trị. Nó sẽ liên tục hút mây khí, sao, hành tinh, các hố đen nhỏ hơn, và các vật chất khác đang trôi nổi khi nó làm náo loạn hàng xóm; và sau hàng ngàn và hàng tỷ năm, nó sẽ nặng hơn nữa. Quả thực, nó sẽ trở thành một con quỷ vũ trụ với tham ăn vô độ. Chỉ mới đây các nhà thiên văn học mới thấy được một sự thật đáng lo rằng các hố đen khổng lồ, hay siêu nặng, không chỉ tồn tại, mà chúng còn đóng vai trò quan trọng trong quá trình hóa và số
phận cuối cùng của vũ trụ và mọi thứ trong nó.
Hố Đen Khổng Lồ và Số Phận Của Vũ Trụ Don Nardo
Hình vẽ này là một hố đen đang tàn phá tại tâm của một thiên hà. Hầu hết hay tất cả các thiên hà có thể ẩn giấu các thiên thể như vậy.
Hố Đen Khổng Lồ và Số Phận Của Vũ Trụ Don Nardo
Hố Đen Trung Bình
Trước tiên, rất quan trọng để biết được một hố đen nặng cỡ bao nhiêu là khổng lồ. Chuẩn của các hố đen mà các nhà khoa học tin rằng trong một số hệ sao nhị phân là cỡ tám đến hai mươi, và nhiều trường hợp lên tới năm mươi lần khối lượng Mặt Trời. Đối với con người và Trái
Đất, chúng chắc chắn là những thiên thể cực kỳ nặng. Nhưng vài năm gần đây, nhiều bằng chứng cho thấy còn có nhiều hố đen nặng hơn thế
nữa.
Những hố đen nặng hơn này rơi vào hai danh sách--những hố đen trung bình, và những hố đen khổng lồ, hay siêu nặng. Từ những năm
đầu 1970, các nhà thiên văn học đã nghĩ đến khả năng tồn tại của các hố đen trung bình, chúng được cho rằng có khối lượng khoảng vài trăm cho đến vài chục nghìn khối lượng Mặt Trời. Rõ ràng rằng những thiên thể như vậy sẽ có khả năng hình thành nhiều nhất ở khu vực dày đặc sao và mây khí; những hố này sẽ có cơ hội ăn nhiều vật chất để phát triển lớn như vậy. Một khu vực đông đúc như vậy là một quần tinh cầu (globular cluster), mà Dải Ngân Hà của chúng ta đã chứa tới vài trăm. Isaac Asimov miêu tả quần tinh cầu đó là một nhóm sao mà trong đó
vài chục hay vài ngàn hay thậm chí là vài trăm ngàn ngôi sao tụ tập với nhau trong một không gian hẹp. Trong khu vực hàng xóm của chúng ta các ngôi sao cách nhau trung bình khoảng 5 năm ánh sáng. Tại tâm của một quầng hình cầu, chúng chỉ cách nhau trung bình khoảng ½ năm ánh sáng. Với một thể tích cho trước thì một quần tinh cầu có lượng sao gấp 1.000 lần trong khu vực của chúng ta.36
Các nhà thiên văn học nghiên cứu vài quần tinh cầu vào những năm 1970 và phát hiện ra chúng có giải phóng ra một lượng lớn tia X, giống như ứng viên hố đen Cyg X-1 vậy. Tuy nhiên, không có một bằng chứng cụ thể nào về những hố đen trung bình này ra mặt cho đến 2002. Cuối năm đó, một nhóm dẫn đầu là Roeland Van Der Marel tại Space Telescope Institute (viện kính viễn vọng không gian) tìm thấy hai hố đen trung bình. Một, nặng khoảng bốn ngàn khối lượng Mặt Trời, trong M15, một quần tinh cầu trong Dải Ngân Hà. Cái kia ở trong G1, một quần tinh cầu trong thiên hà hàng xóm của chúng ta Andromeda, và khoảng hai mươi lần khối lượng Mặt Trời. Trong buổi phỏng vấn theo khám phá này, Luis Ho, một thành viên trong đội, la lên: “Thật là thú vị
Hố Đen Khổng Lồ và Số Phận Của Vũ Trụ Don Nardo
khi cuối cùng cũng tìm được một bằng chứng thực tế cho thấy tự nhiên biết cách tạo ra những con quái vật kỳ lạ này.”37
Quần tinh cầu M15, nằm cách chúng ta ba mươi ba nghìn năm ánh sáng trong chòm Pegasus, có vẻ tồn tại một hố đen lớn trong tâm.
Đầu 2003, một đội tìm kiếm khác, dẫn đầu là jon Miller tại Harvard- Smithsonian Center for Astrophysics (Trung tâm Harvard-Smithsonian về vật lý học thiên thể), đã phát hiện ra hai hố đen trung bình khác. Nằm ở thiên hà xoắn ốc NGC 1313, cách chúng ta 10 nghìn năm ánh sáng, mỗi trong số chúng nặng vài trăm khối lượng Mặt Trời.
Hố Đen Khổng Lồ và Số Phận Của Vũ Trụ Don Nardo
Có Cái Gì Đó Đáng Sợ trong Nhân
Bằng chứng cho sự tồn tại của các thành viên trong danh sách khác về các sao hố đen lớn hơn--các hố đen siêu nặng--cũng bắt đầu hiện ra trong những năm gần đầy. Những kẻ khổng lồ này thường xuất hiện trong tâm, hay nhân, của các thiên hà, vì vậy chúng ta thường gọi chúng là “hố đen thiên hà.” Lý do phải mất thời gian dài để tìm thấy sự
tồn tại của chúng khá đơn giải. Thứ nhất, nhân của thiên hà cực kỳ xa, ngay cả tâm của Dải Ngân Hà của chúng ta cũng nằm ở một khoảng cách đáng kể là hai mươi sáu nghìn năm ánh sáng. Thứ hai, nhân thiên hà thường bị chặn bởi những lớp dày đặc khí, bụi, và các mảnh vụn khác.
Bất chấp những trở ngại trên, các nhà thiên văn vẫn kiên trì. Sau nhiều năm, các kính viễn vọng mới và lớn hơn, cùng với nhiều dụng cụ
dò tìm tinh vi hơn, đã hé mở ngày một nhiều thông tin về nhân Dải Ngân Hà. Ở đó, rõ ràng, có nhiều ngôi sao khổng lồ nằm ở rất gần nhau. Một trong số chúng lớn bằng 120 lần hoặc hơn kích thước Mặt Trời, và nhiều trong số chúng trôi nổi trong những lớp vỏ khí đang giãn nở và thường chồng lên nhau của những tàn dư siêu sao mới. “Như
những tấm màn lụa bay trong gió,” nhà văn khoa học nổi tiếng Robert Zimmerman viết,
những sóng khí của rất nhiều siêu sao mới quét qua khu vực bên trong có đường kính khoảng 350 năm ánh sáng, lấp đầu không gian
như bọt và mạch nước. Ở đây những ngôi sao siêu khổng lồ--nặng
hơn Mặt Trời nhiều lần và hiếm có ở nơi nào khác trong thiên hà--có đến hàng trăm. Và trong 350 năm ánh sáng có ba quầng tinh dày đặc nhất và nặng nhất của thiên hà, bao xung quanh là hàng ngàn
ngôi sao khác. Nhân này chặt đên nỗi nếu hệ Mặt Trời ở đây, một
nhóm sao [kể cả Mặt Trời] cũng sẽ trôi nổi giữa các hành tinh.38
Đáng ngại hơn, các nhà thiên văn học cũng đồng thời phát hiện ra có cái gì đó tối, kỳ quái và đáng sợ trong nhân thiên hà đông đúc kia. Hầu hết các vì sao và vật chất khác đang quét rất nhanh xung quanh một vật thể cực kỳ nặng. Những dấu hiệu đầu tiên cho thấy có gì đó không bình thường nằm ở tâm thiên hà chúng ta đến vào những năm 1950. Các kính viễn vọng vô tuyết, anten lòng chảo khổng lồ đã thu
Hố Đen Khổng Lồ và Số Phận Của Vũ Trụ Don Nardo
được và ghi lại các sóng radio từ vũ trụ, cho thấy có một nguồn cực mạnh của những sóng này nằm ở nhân ngân hà. Những hình ảnh đầu tiên này còn thô và chưa thuyết phục. Và nhờ vào lượng khí và bụi xung quanh nhân, các hình ảnh cho mắt thường không cho thấy gì cả.
Một tấm hình từ Kính Thiên Văn Vũ Trụ Hubble của thiên hà NGC 4414. Cả nó và Dải Ngân Hà, cả hai tương tự nhau, có khả năng chứa hố đen khổng lồ.
Bắt Chước Sư Phụ Yoda
Phải đến khi phát minh ra các kính thiên văn vô tuyến hiện đại hơn trong những thập niên sau đó người ta mới tháo gỡ được bí ẩn của nhân Dải Ngân Hà. Giữa những năm 1970, hình ảnh radio đã hé lộ ba thiên thể không phải sao khác nhau trong nhân. Hai trong số đó giống hệt như sương mù hay những đám mây, được đặt tên là Sagittarius
Đông và Sagittarius Tây (được đặt theo tên Sagittarius, cung thủ, chòm sao mà nhân Ngân Hà nằm ở đó trên bầu trời ban đêm của Trái Đất). Thiên thể thứ ba, giống hệt một dấu chấm, là nguồn phát sóng radio
Hố Đen Khổng Lồ và Số Phận Của Vũ Trụ Don Nardo
cực mạnh nằm ở ngay tại trung tâm thiên hà, mang tên Sagittarius A* (đọc là A-sao).
Trong một thời gian dài, các nhà thiên văn lúng túng với Sagittarius A*. Nó rõ ràng là quá mạnh mẽ và nóng đối với một ngôi sao thông thường. Thực tế, nghiên cứu cho thấy nó nóng hơn bất kỳ thiên thể nào trong Dải Ngân Hà. Trong những năm 1980 và 1990, các hình ảnh rõ nét hơn về nhân này được chụp bằng các kính thiên văn hồng ngoài, nó có thể nhìn xuyên qua hầu hết các lớp khí và bụi. Những bực hình này cho thấy những sợi khí khổng lồ đang xoáy quanh Sagittarius A*. Những thông tin chi tiết hơn được hé mở vào năm 1997 do hai nhà thiên văn học người Đức Andrea Eckart và Reinhard Genzel, họ đã thông báo rằng họ đã vẽ được chuyển động điên cuồng của bảy mươi ngôi sao gần thiên thể ở tâm nhất. Theo Zimmerman:
Họ tìm thấy nhiều ngôi sao vạch qua bầu trời với vận tốc khủng
khiếp, và những ngôi sao càng gần Sagittarius A* thì chuyển động
càng nhanh. Các ngôi sao với khoảng cách hơn nửa năm ánh sáng di chuyển với vận tốc bé hơn 100 dặm một giây. Lại gần, vận tốc tăng lên 500 dặm một giây, và ngôi sao gần Sagittarius A* nhất, tên S1, có vận tốc lớn nhất, vào khoảng 900 dặm một giây. Hơn nữa, eckart
và Gnezel tìm thấy 100 ngôi sao gần nhất có vẻ chuyển động cùng
chiều kim đồng hồ ,ngược với chiều quay của các thiên thể còn lại trong Dải Ngân Hà. Điều này cho thấy chúng là một phần của một cái bánh rán lớn gồm các vì sao quay quanh một điểm vô hình. Tại tâm của vòng xoáy sao này là nguồn phát sóng radio Sagittarius A*, thiên thể không giống bất kỳ ngôi sao nào khác trên trời và không có chuyển động thấy được.39
Thành viên của hội đồng khoa học giờ đây đã gần như đồng ý với lòng tin của họ rằng Sagittarius A* là một hố đen siêu nặng. Về việc chúng nặng bao nhiêu, có nhiều đánh giá xuất hiện trong những năm 1990, và phổ biến nhất là khoảng 2,6 ngàn khối lượng Mặt Trời. Tuy nhiên, và Tháng Mười 2002 các kết quả của một cuộc nghiên cứu của Rainer Schödel, thuộc Germany’s Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (Viện nghiên cứu Max Plack về vật lý ngoài Trái
Đất của Đức), cho thấy khối lượng lớn hơn của hố đen khổng lồ đó--
Hố Đen Khổng Lồ và Số Phận Của Vũ Trụ Don Nardo
Để đo khối lượng của Sagittarius A*, các nhà khoa học quan sát vận tốc của vật chất quay quanh nó và tính toán khối lượng của thiên thể
trung tâm có thể có để tạo ra những chuyển động như vậy. “Cũng tương tự những gì Sư phụ Yoda và các môn đệ của mình [trong loạt phim Star Wars] thấy khi cố gắng xóa một hành tinh khỏi danh sách Jedi [bằng cách dò tìm dấu hiệu hấp dẫn của hành tinh],” William Keel nói, “các nhà thiên văn học có thể thấy được sự tồn tại của thiên thể
này.”40
Con Gà hay Quả Trứng?
Đã hút và tiêu thụ hơn 3 nghìn ngôi sao, Sagittarius A* chắc chắn nặng hơn nhiều các ngôi sao và các hố đen trung bình (không cần kể đến các hố đen siêu nhỏ). Các bằng chứng ngày càng nhiều lại cho thấy vòng đời của người khổng lồ này vẫn còn lâu mới kết thúc. Như Keel chỉ
ra, “Ngay cả với khối lượng bằng 3 nghìn Mặt Trời cộng lại, hố đen này vẫn còn khá bình thường so với chuẩn của các thiên hà khác.”41
Thực tế, các nhà thiên văn học đã nghiên cứu sâu hơn về nhân các thiên hà và vẫn tiếp tục phát hiện ra những hố đen cực kỳ nặng trong nhiều thiên hà ở xa. Ví dụ, thiên hà Andromeda ở gần đây, chứa một hố đen nặng 30 ngàn khối lượng Mặt Trời trong nhân. Một thiên hà tên NGC 4496B có hố đen ở tâm được đo là khoảng 500 ngàn khối lượng Mặt Trời, và nhân của thiên hà NGC 4261 đặc biệt với một thiên thể vô cùng lớn nặng khoảng 1,2 tỷ khối lượng Mặt Trời. Điều này cho thấy rằng có thể không có một giới hạn vật lý nào cho kích thước của các hố đen siêu nặng.
Vì vậy, thực tế là những người khổng lồ này có vẻ là một đặc trưng không thể thiếu của các thiên hà và việc chúng đang trên đường ăn nhân thiên hà cắc chắn là đáng kể. Hiện nay rõ ràng các hố đen thiên hà siêu nặng có ảnh hưởng mạnh mẽ tới cấu trúc, phát triển và định miệnh của các thiên hà. Nhà văn khoa học Steve Nadis nói, “Bằng chứng mới mạnh mẽ cho thấy một mối liên hệ mật thiết hơn nhiều so với suy nghĩ của các nhà thiên văn học về các thiên hà và các hố đen siêu nặng đang thống trị tại nhân của chúng.”42
Hố Đen Khổng Lồ và Số Phận Của Vũ Trụ Don Nardo
Nhưng mối liện hệ vũ trụ to lớn này hiện nau vẫn còn mơ hồ với các nhà khoa học. Trọng tâm của vấn đề được đưa ra là sự thay đổi của câu hỏi cũ “gà hay trứng” , trong trường hợp này, cái gì xuất hiện đầu tiên, những thiên hà hay các hố đen? Một vài nhà thiên văn học cho rằng các thiên hà và hố đen trung tâm của chugns hình thành từ “bên ngoài vào.” Nói cách khác, khí và bụi xoáy vòng đặc lại hình thành các sao và thiên hà, và qua thời gian, vài sao khổng lồ trong nhân suy sập thành hố đen, tới lượt mình, chúng lại hòa với nhau tạo thành những hố đen nặng thật sự.
Sagittarius A* Xé Nhỏ một Ngôi Sao
Trong đoạn trích này từ ấn phẩm Tháng Mười 2001 của tạp chí Astronomy, nhà văn khoa học Robert Zimmerman mô tả khả năng về nguồn gốc của Sagittarius Đông. Giờ đây người ta tin rằng nó là tàn dư siêu sao mới bất thường được tạo ra từ tác động hấp dẫn mạnh mẽ của hố đen Sagittarius A*.
Sagittarius Đông giờ được tin rằng là một bong bóng khổng lồ, có thể là tàn dư siêu sao mới lớn nhất được biết tới, được hình thành ít hơn 100.000 năm về trước và thậm chí có thể là mới đâu là