Ranh giới nằm chính xác ở đâu
Chân trời là khoảng cách từ tâm mà tại đó vận tốc thoát bằng tốc độ ánh sáng. Gần hơn mức ấy, không gì thoát ra ngoài - không phải vì tín hiệu bị thứ gì giữ lại: mọi quỹ đạo ở đó đều dẫn vào trong. Ngay tại ranh giới không có vật chất, đó là hình học thuần túy của không gian trống rỗng.
Bán kính chân trời được quyết định bởi khối lượng và tăng tỉ lệ thuận với nó. Nén Trái Đất thành lỗ đen - ranh giới sẽ là một khối cầu cỡ quả anh đào. Với Mặt Trời, đó sẽ là khối cầu bán kính khoảng 3 km. Còn Sagittarius A* ở tâm Ngân Hà của chúng ta, với khoảng 4 triệu khối lượng Mặt Trời, có chân trời cách xa 12 triệu km.
Ranh giới này không có dấu hiệu cục bộ: thiết bị trên con tàu đang rơi sẽ không cho thấy gì. Và bạn không thể tính vị trí chân trời chỉ từ một vùng lân cận - nó phụ thuộc vào toàn bộ tương lai của lỗ đen. Nếu một đám mây khí rơi vào nó sau một năm, chân trời sẽ bắt đầu giãn ra từ trước.
Vì sao người rơi vào không cảm thấy lúc vượt qua
Nguy hiểm không phải là ranh giới mà là chênh lệch lực hấp dẫn: chân bị hút mạnh hơn đầu, khiến cơ thể bị kéo giãn. Ở chân trời, chênh lệch này càng yếu khi lỗ đen càng nặng. Gần một lỗ đen có khối lượng sao, một người sẽ bị xé toạc từ hàng trăm kilômét trước khi đến chân trời. Với lỗ đen siêu khối lượng, lực kéo giãn tại ranh giới nhỏ đến mức bạn sẽ không cảm thấy - sự xé toạc xảy ra muộn hơn, sâu bên trong.
Mức độ dễ nhận ra khi vượt ranh giới đối với người rơi vào lỗ đen siêu khối lượng.
Dù vậy, mọi thứ đã thay đổi. Bên kia chân trời, "ra ngoài" không còn là một hướng trong không gian mà trở thành một hướng trong thời gian: ở đó, di chuyển xa tâm cũng bất khả như ở đây đi về hôm qua. Tín hiệu gửi ngược lại vẫn đi sâu hơn vào trong.
Nhìn từ bên ngoài thấy gì
Từ bên ngoài, bức tranh ngược lại. Vật thể càng gần chân trời, đồng hồ của nó càng chạy chậm đối với người quan sát ở xa và ánh sáng càng đỏ hơn. Về mặt hình thức, hình ảnh của nó không bao giờ vượt qua ranh giới: nó đóng băng vô hạn ngay sát mép.
Nhưng "vô hạn" ở đây nghĩa là "không nhìn thấy". Độ sáng giảm theo hàm mũ và rất nhanh: với lỗ đen khối lượng sao, hình ảnh tắt chỉ trong vài mili giây; với lỗ đen siêu khối lượng - trong vài phút. Không ai quan sát được lớp vỏ phát sáng từ vật chất mắc kẹt ở chân trời.
Độ sáng của vật thể rơi với người quan sát bên ngoài: mỗi bước yếu đi gấp 3 lần.
Vòng cam trong ảnh lỗ đen cũng không phải chân trời. Vết tối ở trung tâm lớn hơn nó khoảng 2,6 lần về bán kính: ánh sáng đi gần đó bị uốn vòng quanh lỗ đen, và hiệu ứng quang học này tạo nên rìa bóng. Tất cả đều là dự đoán của thuyết tương đối rộng; các nhà vật lý vẫn tranh luận về điều xảy ra tại chân trời khi tính đến các hiệu ứng lượng tử.
Đọc tiếp trong ứng dụng Miqo
Còn 1 phút nữa, rồi đến bài kiểm tra cuối bài. Tìm trong mục “Vũ trụ → Hố đen”
Hướng camera điện thoại vào đây để mở App Store hoặc Google Play.
Nguồn
- Kích thước chân trời - nghiệm Schwarzschild (1916). Ảnh bóng - Kính thiên văn Chân trời Sự kiện: M87* (2019), Sagittarius A* (2022)