Nếu sao lỗ đen là dạng duy nhất của lỗ 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 lỗ 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 chín 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 lỗ đen nặng nhất cũng chỉ có thể cảm nhận được ở một khoảng cách khác nhỏ. Vì vậy, lỗ 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.

Hình vẽ này là một lỗ 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

Tuy nhiên, khi suy nghĩ về hệ thống lớn hơn thì khu vực an toàn trở nên viễn vông và hoàn toàn vô dụng. Các nhà khoa học giờ đã biết rằng nguy hiểm do lỗ 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 lỗ đen rất nặng sẽ thống trị. Nó sẽ liên tục hút mây khí, sao, hành tinh, các lỗ 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 lỗ 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 Trung Bình

Trước tiên, rất quan trọng để biết được một lỗ đen nặng cỡ bao nhiêu là khổng lồ. Chuẩn của các lỗ 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 lỗ đen nặng hơn thế nữa.

Những lỗ đen nặng hơn này rơi vào hai danh sách -- những lỗ đen trung bình, và những lỗ 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 lỗ 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 lỗ đen Cyg X-1 vậy. Tuy nhiên, không có một bằng chứng cụ thể nào về những lỗ 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 lỗ 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 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 lỗ 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 lỗ 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.

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 lỗ đen lớn hơn -- các lỗ 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 “lỗ đen thiên hà.” Lý do phải mất thời gian dài để tìm thấy sự tồn tại của chúng khá đơn giảN. 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 quần 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
 

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 lỗ đen khổng lồ.

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 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.

36. Asimov, Collapsing Universe, p. 190.
37. Quoted in Vanessa Thomas, “Dark Heart of a Globular,”
Astronomy, January 2003, p. 32.
38. Robert Zimmerman, “Heart of Darkness,” Astronomy, October 2001,
pp. 43–44.

(Còn nữa...)

Trịnh Khắc Duy - PAC