Hiểu về hố đen phải nắm rõ các phép toán cao cấp. Tuy thế, đấy là chỉ là những suy luận chặt chẽ mà không được kiểm chứng!
Trong chừng mực kiến thức phổ thông, chúng ta cũng có thể bàn đôi chút về nó.
1- Trước hết, hố đen là một tinh cầu dù cho không thấy được. Đừng vì danh từ lỗ đen đồng nghĩa mà hình tượng đấy là lỗ rỗng hút hết mọi thứ.
Gốc của hố đen là một ngôi sao có khối lượng lớn trên 3 lần mặt trời của chúng ta. Khi ngôi sao nầy cháy hết nhiên liệu của phản ứng nhiệt hạch, chúng tự sụp vào trong sau một vụ nổ chói lòa vũ trụ. Phần khối lượng to lớn còn lại nầy co rút mạnh mà ta gọi là suy sụp hấp dẫn sinh ra hố đen. (Suy sụp của sao 2 lần mặt trời sinh ra sao neutron).
2- Khi ngôi sao nầy thể tích thu nhỏ nhưng khối lượng không đổi, mật độ sẽ gia tăng kéo theo gia tốc trọng trường tăng. Với khối lượng hơn 3 lần mặt trời, thu nhỏ có bán kính chừng 10.000km thì gia tốc trọng trường vô cùng khủng khiếp. Tốc độ để thoát khỏi hố đen là 300.000km/s (tốc độ cấp 2 của hố đen). Ánh sáng tuy không có khối lượng, bay tự do nhưng vẫn không thể thoát khỏi vùng ảnh hưởng của hố đen. Vì thế ta không thể nào thấy hố đen được. Gọi là hố đen vì không thấy chúng. (Sao neutron có tốc độ thoát bằng nửa ánh sáng!).
3- Và chúng ta có thể tưởng tượng ra ánh sáng phát xuất từ hố đen, hoặc từ bên ngoài vào, chúng cứ luẩn quẩn không thoát khỏi hố đen, tạo thành một hình cầu chói lòa ánh sáng (nhìn từ hố đen). Ranh giới hình cầu quanh hố đen nầy các nhà bác học gọi là chân trời sự kiện, nghĩa là ranh giới chỉ vào mà không ra, kể cả ánh sáng. Bán kính hình cầu nầy đương nhiên lớn hơn bán kính hố đen, thay đổi tùy khối lượng hố đen. Trên hình là đường xanh đậm chứa vận tốc 300.000km/s).
4- Một vật lao vào hố đen với vận tốc tăng lên khủng khiếp do gia tốc của hố đen, khi lọt qua chân trời sự kiện, sau đó chúng có thể bị phá vỡ cấu trúc do gia tốc trọng trường khủng khiếp của hố đen. Cho dù như thế, chúng vẫn còn lại "cái gì đó" và cái gì đó nầy, nếu không đâm thẳng vào hố đen, với vận tốc khá lớn dưới tốc độ ánh sáng, sẽ quay quanh hố đen ở tốc độ từ cấp 1 đến cấp 2 (300.000/căn2= lớn hơn 200.000km/s). Đấy chính là luồng plasma rực rỡ bọc (quay) quanh hố đen. (Đương nhiên nhìn từ hố đen, bên ngoài không thấy. Trên hình là khoảng không gian màu vàng nhạt từ đường xanh đậm chân trời sự kiện đến đường đỏ có vận tốc cấp 1 của hố đen).
5- Ngoài chân trời sự kiện, khoảng không kề đó mà gia tốc trọng trường của hố đen vẫn còn tác dụng, các vật thể bị hố đen bắt giữ sẽ quay quanh hố đen theo những quỹ đạo tùy vận tốc. Vì ngoài chân trời sự kiện, ánh sáng vẫn tự do nên chúng ta có thể quan sát các sự kiện cận hố đen.
6- Kết cấu của hố đen: Vật chất bị cô đặc không thể hiểu nổi. Không có khái niệm nguyên tử ở đây vì có lẽ chúng bị nén, hòa nhập vào nhau biến thành cái gì gê gớm lắm: một điểm nhưng khối lượng là vô cùng kèm theo nóng kinh khiếp.
7- Tương lai của hố đen
a- Như mọi tinh cầu khác, hố đen hoặc nuốt chửng vật khác, hoặc bị hố đen lớn hơn nuốt chửng. Do đó kich cỡ của hố đen rất đa dạng. Hố đen nhỏ với khối lượng chừng 3 mặt trời, cái to khối lượng có thể đến hàng triệu mặt trời.
b- Với sức nén khủng khiếp, hố đen là một tinh cầu cực nóng. Chúng phát xạ và năng lượng tích lũy dưới chân trời sự kiện. Việc phát xạ làm suy giảm khối lượng (hàng tỉ năm) dẫn đến gia tốc trọng trường giảm. Hệ quả là chân trời sự kiện bị phá vỡ và ánh sáng bùng nổ. Hố đen bị phá vỡ kết cấu có thể nổ bùng cũng là một dạng tương tự vụ nổ siêu tân tinh, có thể nghĩ đến kết quả là sao neutron được tạo ra, cùng vô số nguyên tử nặng phân tán khắp không gian.
c- Nếu tất cả các vật thể trong vũ trụ đều bị một hố đen to lớn nuốt mất, hệ quả là hố đen duy nhất này trở thành điểm kỳ dị như thời trước big-bang được sinh ra. Vì tất cả các vật chất trong vũ trụ được nén nhỏ, không thể hiểu được vật chất lúc nầy ở trạng thái gì!
(Bài viết nầy chỉ là trình bày sự hiểu biết cùng suy luận nhất định của tác giả; có thể nhận được khen chê tùy người, tùy quan điểm... Dù sao, như đã nói, suy luận chặt chẽ nhất về hố đen với các phép toán nặng nề cũng chưa hoặc không thể được kiểm chứng).
Trương Phú.
