Ánh sáng không chậm lại - hướng "ra ngoài" biến mất
Hình dung quen thuộc là thế này: để thoát khỏi Trái Đất, bạn cần tốc độ khoảng 11 kilômét mỗi giây, và thiên thể càng nặng thì cần càng nhiều. Có vẻ như ngưỡng của lỗ đen chỉ cao hơn tốc độ ánh sáng - mà không gì bay nhanh hơn ánh sáng. Kết luận đúng, nhưng lý do thì không: ánh sáng không tăng tốc hay thua trong một cuộc đua.
Tốc độ ánh sáng luôn không đổi. Thứ thay đổi là chính không-thời gian: khối lượng làm nó cong, và tia sáng đi theo quỹ đạo thẳng nhất có thể - giống như máy bay bay "thẳng" nhưng trên bản đồ lại thành một cung cong. Gần Mặt Trời, độ cong này rất nhỏ, nhưng đã được đo nhiều lần.
Gần lỗ đen, độ cong đạt đến giới hạn. Ngay phía trên chân trời, một tia hướng thẳng lên vẫn thoát đi được, còn tia đi xiên thì bay lên, uốn cong rồi rơi trở lại. Càng gần chân trời, nón thoát này càng hẹp; ngay tại chân trời, nó khép lại. Bên dưới đó không có một hướng nào dẫn ra xa.
Không lên cao hơn
Độ cao mà tia sáng vươn tới ở chân trời sự kiện
Vậy thứ gì phát sáng trong ảnh lỗ đen?
Năm 2019, hình ảnh đầu tiên về vùng lân cận của một lỗ đen siêu khối lượng đã được công bố - trong thiên hà M87. Không phải nó phát sáng, mà là khí nóng rực xung quanh; một phần vành sáng là các tia đã vòng quanh lỗ đen theo cung cong rồi vẫn đến được chỗ chúng ta. Vệt tối ở giữa lớn hơn đáng kể so với chính chân trời: các tia đi ngang gần đó cũng bị bẻ cong vào trong.
Cũng có một vùng chuyển tiếp. Ánh sáng phát ra gần như sát ranh giới vẫn đến được chỗ chúng ta, nhưng bị giãn ra: bước sóng tăng lên, các photon đến ngày càng thưa. Nhìn từ bên ngoài, một chiếc đèn pin rơi vào trong sẽ không tắt ngay - nó sẽ đỏ dần và mờ đi cho đến khi biến mất hẳn.
Hình dung về lỗ đen thường sai ở đâu
Thường vướng nhất là từ "hút vào". Từ xa, lỗ đen hút đúng như bất kỳ thiên thể nào có cùng khối lượng: nếu Mặt Trời bỗng thành lỗ đen, quỹ đạo các hành tinh sẽ không dịch chuyển - chỉ trở nên tối và lạnh. Mọi thứ chỉ đặc biệt ngay sát chân trời.
- Kiểm tra từ "tốc độ": ở chân trời, ánh sáng vẫn đi nhanh y như ở đây.
- Kiểm tra từ "bức tường": chân trời là ranh giới, không phải bề mặt, nên không có gì để chạm vào.
- Kiểm tra từ "phát sáng": trong ảnh, khí xung quanh phát sáng, không gì đến từ sau chân trời.
- Kiểm tra từ "hút vào": từ xa, lỗ đen hút như một ngôi sao cùng khối lượng.
Vì sao ánh sáng không thể thoát khỏi chân trời sự kiện?
Thứ gì trông như vành sáng trong ảnh lỗ đen?
Nguồn
- Cơ chế này được mô tả bởi thuyết tương đối rộng: nghiệm Schwarzschild (1916) và khái niệm chân trời sự kiện. Hình ảnh đầu tiên về vùng lân cận của lỗ đen trong thiên hà M87 - do hợp tác Event Horizon Telescope thực hiện, năm 2019
Tiếp theo trong loạt bài “Hố đen”
2 bài viết đọc đầy đủ trên trang web, thêm 3 bài trong ứng dụng
