đen, các nhà khoa học đã phát hiện ra được chúng trong những năm gần đây, có những tính chất vật lý để phân biệt chúng với những thứ khác. Vì tính chất phi thường của hố đen, đặc biệt là chúng đen và vô hình, nên có rất ít tính chất của chúng có thể đo đạc được từ bên ngoài. “Từ bên ngoài,” John Gribbin giải thích,
bạn có thể [tính toán] khối lượng của hố từ lực hấp dẫn và vận tốc tự quay của nó. Nếu nó có mang điện tích, bạn cũng có thể đo đạc
được. Nhưng những… tính chất đó là tất cả những gì bạn có thể đo
đạc được. Không có cách nào nói loại vật chất gì đi vào đó trước khi bị nuốt gọn… dù đó là một ngôi sao, một giọt nước, hay một gói đồ ăn đông lạnh. Không thể phân biệt một hố đen làm từ vật chất của các sao với hố đen làm từ cái gì khác, để biểu diễn cho ý này câu “hố đen không có tóc [không có tính chất vật lý dễ phân biệt, hữu hình],” được đặt bởi [John] Wheeler và đồng sự của mình là Kip Thorne trong những năm đầu 1970.22
Tuy nhiên, dù hố đen “không có tóc,” chúng cũng thể hiện một tính chất rõ ràng khi chúng tương tác với vũ trụ quanh chúng. Khi quan sát những hoạt động này, các nhà khoa học có thể đặt ra các giả thuyết và tính toán những tính chất không thể thấy hay tính toán trực tiếp của hố đen. Và càng nhiều người nghiên cứu những thiên thể kỳ lạ này, họ sẽ càng có khả năng khám phá những bí mật giấu kín của vũ trụ. Hơn nữa, nghiên cứu càng nhiều càng tốt những tính chất của hố đen có thể mang đến nhiều lợi ích cho con người. Một ngày nào đó chúng ta có thể khai thác và tận dụng một ít năng lượng vô tận tạo ra từ những thiên thể này.
Tính Toán Khối Lượng và Bán Kính của một Hố Đen
Tính chất đầu tiên và chắc chắn nhất có thể đo đạc được đó là khối lượng của hố đen. Rõ ràng, hố đen phải có khối lượng rất lớn và đặc, vì N
Tính Chất và Ứng Dụng Tiềm Tàng của HốĐen Don Nardo
mỗi hố đen có hầu hết vật chất của một ngôi sao khổng lồ bị nén lại trong một vùng không gian nhỏ quá mức tưởng tượng. Vậy làm thế nào các nhà khoa học trên Trái Đất có thể đo được khối lượng của một hố đen hay các thiên thể khác nằm cách xa chúng ta hàng nghìn tỷ kilomet? Điều đó còn phụ thuộc vào việc có ngôi sao nào hay các thiên thể lớn nằm gần hố đen hay không. Nếu nó trôi nổi trong không gian một mình, cách xa các thiên thể khác, các nhà khoa học không có cách gì có thể đo được khối lượng của chúng cả.
Kip Thorne thuộc Viện Công Nghệ California là một trong những chuyên gia hàng đầu về hố đen và tính chất kỳ lạ của chúng.
Ngược lại, nếu hố đen và một ngôi sao quay quanh nhau (thực ra, chúng quay quanh một tâm khối chung), các nhà khoa học có thể dùng các công thức cho lực hấp dẫn của vũ trụ để tính khối lượng của chúng. Đầu tiên, dùng các dụng cụ nhạy và toán học, họ đo khoảng cách giữa hai thiên thể. Sau đó họ tính vận tốc quỹ đạo (vận tốc chúng đi trên quỹ đạo của mình). Cuối cùng, họ kết hợp chúng lại vào một phương tình và xác định khối lượng. Như Thomas Arny nói, cách thức này “có thể được dùng để đo khối lượng của bất kỳ thiên thể nào quay quanh một thiên thể khác. Như vậy, hấp dẫn trở thành công cụ để đo khối
Tính Chất và Ứng Dụng Tiềm Tàng của HốĐen Don Nardo
lượng của các vật thể thiên văn.”23 Trong trường hợp hố đen, các nhà khoa học thường biểu diễn khối lượng của chúng bằng bội số của khối lượng Mặt Trời. Một hố đen được cho là có khối lượng bằng 8, 12, 20 hay con số khác của khối lượng Mặt Trời.
Khối lượng đo được của hố đen có tác động trực tiếp tới tính chất tự nhiên khác của hố đen, những tính chất không đo được. Một trong số đó là độ lớn của bán kính Schwarzschild của nó. Con đường đơn giản nhất để biết được tính chất cơ bản này của hố đen là nhìn trực tiếp cái hố di chuyển trong không gian. Qua thời gian, nó gặp khí, bụi, tiếu hành tinh, và các dạng khác của vật chất, chúng sẽ bị hút bởi lực hấp dẫn khổng lồ của nó. Khi vật chất đến đủ gần, nó sẽ bị xé toạc ra thành các nguyên tử; su đó bị nhận chìm vào hố đen, tại đó các mảnh vụn cuốn xuống giếng hấp dẫn không đáy và không bao giờ được nhìn thấy lần nữa.