Vật Gì Đáng Sợ Nhất Trong Vũ Trụ?

A, câu hỏi này không dễ trả lời. Nếu hỏi một hội viên của hội các ông sợ vợ thì đó là sư tử Hà Đông. Còn nếu hỏi cậu bé một tuổi thì sẽ được trả lời là ông Ba Bị. Nhưng đối với các nhà khoa học thiên văn thì đó là cái hố đen.

 

Hố đen là gì mà đáng sợ vậy? Hố đen là một thiên thể không hình dạng, nó là không gian nơi trọng lực mạnh đến nỗi không vật gì, ngay cả ánh sáng, thoát khỏi lực hút của nó. Hố đen là đề tài “hot” hiện nay trong giới khoa học thiên văn và vật lý. Giải Nobel bộ môn vật lý học năm 2020 vừa qua được trao cho ba khoa học gia chuyên nghiên cứu về hố đen: ông Roger Penrose dùng toán học chứng minh hố đen là hệ quả tất yếu từ thuyết tương đối về trọng lực của nhà bác học kỳ tài Albert Einstein; hai ông Andrea Ghez và Reinhard Genzel thì chia nhau nửa giải kia cho công trình nghiên cứu chứng minh là ngay tại trung tâm dải thiên hà Milky Way – trong đó có thái dương hệ chúng ta đang sinh sống – có một cái siêu hố đen!

 

Vâng, tại trung tâm Milky Way, và có lẽ tại trung tâm bất kỳ dải thiên hà nào trong vũ trụ đều có một cái siêu hố đen.

 

Hố đen đáng sợ lắm, bởi nếu rơi vào đó thì bạn sẽ không có lối thoát ra và cuộc đời bạn coi như chấm dứt. Một siêu hố đen tại trung tâm thiên hà còn đáng sợ hơn nữa. Nó hung hãn nuốt chửng tất cả những gì đến gần nó, kể cả những ngôi sao to hơn mặt trời của chúng ta. (Một hành tinh cỡ quả đất thì không đủ cho nó nhét kẽ răng.) Hố đen là nơi mọi định luật vật lý học hoàn toàn tan biến. Sẽ không có thuyết này thuyết nọ của Newton, của Einstein, bạn rơi vào một cõi u minh không lối thoát, chiều không gian biến mất đã đành mà ngay cả chiều thời gian cũng chấm dứt. Sự thật là không ai biết rõ chuyện gì xảy ra khi rơi vào hố đen. Các nhà khoa học chỉ nêu ra cho ta nghe những khái niệm dựa trên lý thuyết và phương trình toán học.

 

Dựa trên thuyết tương đối của Einstein, ta được biết hố đen hình thành khi một ngôi sao, với một khối lượng lớn gấp ba lần mặt trời trở lên, sau khi đốt cháy hết nhiên liệu hạch tâm, sẽ biến thành hố đen vì lúc đó nó sụp đổ vào bên trong (tiếng Anh là implode, thay vì explode là nổ tung ra bên ngoài). Nó implode vì nó trở nên đậm đặc đến nỗi tất cả proton, electron, neutron của nó không còn ở dạng phân tử tách rời, mà dính chùm vào nhau. Trọng lực của nó trở nên kinh khiếp không thể tưởng tượng nổi và nó hút vào trong tất cả những thiên thể nào mon men đến gần. Hố đen dĩ nhiên… đen ngòm, chẳng ai có thể quan sát hay định vị nó trong vũ trụ được, ngay cả với những viễn vọng kính thiên văn tân tiến nhất. Nhưng thông thường quỹ đạo của nó liên hệ đến quỹ đạo một ngôi sao do trọng lực tương tác giữa hai thiên thể, và nhờ thế các nhà khoa học thiên văn có thể tính toán và suy luận ra tính chất của nó. Tuy vậy, sự thật là người ta vẫn không biết gì nhiều về hố đen, có nhiều câu hỏi hơn câu trả lời, và tất cả những gì chúng ta hiểu biết về nó là nhờ vào những quan sát gián tiếp.

 

Hố đen đầu tiên được phát hiện có tên là Cygnus X-1, nó là nguồn sáng chói lọi nhất (nhìn bằng quang tuyến X) trong chòm sao Cygnus. Từ đó cho đến nay, có khoảng 50 hố đen được phát hiện, và đó là con số cực nhỏ vì người ta ước tính có khoảng 10 triệu hố đen rải rác trong dải thiên hà Milky Way của chúng ta.

 

Phần lớn thời gian, hố đen nằm im, không có hoạt động gì, nhưng khi nó nuốt tinh tú và tinh vân thì vùng không gian xung quanh rực sáng, sáng hơn cả thiên hà nơi nó tọa lạc. Lúc đó nó có cái tên mà các nhà khoa học gọi là quasar (ghép từ cụm chữ quasi stellar radio source).

 

Hố đen là nấm mồ của vật thể (tinh tú và tinh vân), bởi không vật gì, ngay cả những phân tử photon nhẹ hẫng của ánh sáng, có thể thoát ra từ nó. Rơi vào hố đen là một trải nghiệm không mấy gì vui thú. Nhà bác học trứ danh Stephen Hawking, trong cuốn sách best-seller A Brief History of Time, gọi động thái đó là “spaghettification,” có nghĩa là cơ thể bạn bị kéo dài ra như sợi mì Ý ta hay ăn. Từng tế bào, không, đúng hơn, từng phân tử trong cơ thể ta bị kéo dài không biết đâu là đầu đâu là đuôi. A, câu thơ của Dante xem ra là lời cảnh báo về chuyện này: “Hãy bỏ hết mọi hy vọng, lúc tất cả bọn nhà ngươi bước vào đây.” Vâng, một khi đã lọt vào hố đen rồi thì bạn hãy quên hết mọi hy vọng tương lai đi (nếu bạn còn thời gian suy nghĩ).

 

Nhưng bạn yên tâm, xác suất nhân loại bị hố đen hút vào trong vòng một triệu năm sắp tới là một trên một tỉ tỉ tỉ tỉ tỉ (tôi bịa con số này, nhưng bạn cứ việc đem tôi ra xử nếu tôi sai.)

 

Ba mươi năm qua, viễn vọng kính không gian Hubble đã giúp thu thập được vô vàn kiến thức mới mẻ về vũ trụ. Một trong những phát hiện mới trong ngành thiên văn học là gần như dải thiên hà nào cũng đều có nhiều hố đen nằm tại trung tâm. Thiên hà càng lớn, hố đen càng lớn, đủ kích cỡ, từ vài ba khối lượng mặt trời chí đến hàng chục tỉ. (Cho tiện việc tính toán, mặt trời được dùng làm đơn vị khối lượng trong khoa học vũ trụ, thuật ngữ tiếng Anh là solar-mass, tương tự joule được dùng làm đơn vị năng lượng, kí-lô-gram hay pound là đơn vị trọng lượng, v.v…)

 

Hôm 19 tháng Tư năm 2019, các nhà khoa học thiên văn loan báo một thông tin cực kỳ quan trọng đối với giới khoa học, đó là, họ đã chụp được ảnh một cái hố đen. Dĩ nhiên, họ không chỉ giản dị ngước máy iPhone lên trời bấm cái tách, mà đã phải sử dụng một dàn viễn vọng kính cực mạnh rải rác khắp năm châu, và miệt mài trong phòng thí nghiệm suốt hai năm xử lý không biết bao nhiêu TeraBytes dữ liệu để trình làng một bức ảnh con con. Nhìn bức ảnh ta chỉ thấy một vòng sáng mờ mờ màu vàng đỏ, kỳ dư tất cả đều đen thui. Cái vòng sáng đó chính là vật thể đang bị hố đen hút vào, mà các nhà khoa học gọi là “event horizon.” Hố đen này, được đặt tên là M87* tọa lạc tại trung tâm dải thiên hà M87, nó có một khối lượng 7 tỉ mặt trời, và cách xa trái đất chúng ta 55 triệu năm ánh sáng.

 

 

Nó lớn hơn cái siêu hố đen tại trung tâm Milky Way của chúng ta cả ngàn lần. Siêu hố đen nguy hiểm bởi hai nguyên do: lại gần nó, bạn sẽ bị nó hút vào không lối ra, và trong thời gian nó là một quasar, luồng phóng xạ năng lượng cực mạnh của nó sẽ thiêu đốt bạn trong tích tắc.

 

Quasar sáng như thế nào? Hãy làm một so sánh thì rõ. Này nhé, bạn hãy hình dung toàn cảnh thành phố Los Angeles về đêm, với 100 triệu ngọn đèn, là một dải thiên hà, mỗi ngọn đèn là một ngôi sao, còn cái hố đen trong thời kỳ quasar là một đốm sáng đường kính hai phân Tây, và cái đốm sáng đó sáng hơn cả thành phố LA! Sáng hơn bao nhiêu lần? Các nhà thiên văn học bảo sáng hơn cả trăm ngàn lần. Quasar là thiên thể sáng nhất vũ trụ, một quasar sáng hơn 100 triệu ngôi sao khác cộng lại cả trăm ngàn lần.

 

Cho đến thời điểm này siêu hố đen lớn nhất được phát hiện có một khối lượng 40 tỉ mặt trời, nhưng kích cỡ của nó thì chỉ bằng thái dương hệ của chúng ta mà thôi. (Bạn hãy tưởng tượng một con vi trùng nặng hơn cả ngàn lần chiếc tàu sân bay lớn nhất của hải quân Mỹ.) Và nó xoay với tốc độ kinh khiếp 150 ngàn ki-lô mét một giây (bằng nửa tốc độ ánh sáng). Tại rìa thái dương hệ của chúng ta, một thiên thể như tiểu hành tinh Pluto phải mất 250 năm mới quay giáp một vòng quỹ đạo quanh mặt trời, còn siêu hố đen chỉ mất ba tháng là xoay được một vòng.

 

Nguồn gốc của siêu hố đen còn mù mờ lắm. Có giả thuyết cho rằng nó xuất hiện khi vũ trụ còn phôi thai, thời kỳ mà thuật ngữ khoa học gọi là inflation, tức lúc vũ trụ giãn nở với tốc độ nhanh hơn ánh sáng, ít lâu sau Big Bang.

 

Chẳng ai biết tại trung tâm một siêu hố đen có cái gì. Phương trình toán học quy kết về một đơn điểm, thuật ngữ thiên văn gọi là singularity, một điểm không chiều kích nơi độ đậm đặc của vật thể là vô hạn. Và, không ai giải thích được những hiện tượng vật lý tại đơn điểm đó, vì tất cả mọi quy luật vật lý như chúng ta biết đều tan rã, không thể đem ra áp dụng để tính toán hoặc suy luận được. Ngay tại event horizon (vành đai bên ngoài), thời gian đã ngưng đọng rồi, còn tại singularity thì trọng lực trở nên vô hạn.

 

Các nhà bác học cũng nói thêm là nếu rơi vào một siêu hố đen, bạn sẽ không chết! Lý do: mặc dù trọng lực bên trong siêu hố đen mạnh hơn hố đen, nhưng lực kéo thì yếu hơn và bạn không bị nó biến thành món spaghetti! Tuy nhiên bạn cũng chẳng thể nào quay về trái đất tường trình lại những gì mắt thấy tai nghe trải nghiệm của mình.

 

Vẫn theo nhà bác học lẫy lừng Stephen Hawking [1942-2018], thì hố đen… bốc hơi dưới dạng phóng xạ và sẽ có lúc nó tan biến khỏi vũ trụ. Chính luồng phóng xạ phát ra từ hố đen được đặt tên là phóng xạ Hawking để vinh danh công trình thâm cứu khoa học và những phát hiện kỳ vĩ của ông cho nhân loại. Để một siêu hố đen bốc hơi và hoàn toàn tan biến khỏi vũ trụ sẽ phải mất một thời gian lâu lắm. Lâu là bao nhiêu năm? Bạn tưởng tượng nổi không? Con số là: 10¹⁰⁰ (10 lũy thừa 100, xin viết rõ như vậy trong trường hợp nhà báo đánh máy sai thành 10100), nếu không dùng ký hiệu toán học mà viết ra thành con số thì sẽ là 100 số zero sau số 1. (Nên nhớ một tỉ mới chỉ có 9 số zero sau số 1.)

 

Vũ trụ giãn nở với tốc độ ánh sáng. Nghĩa là mỗi giây đồng hồ trôi qua, ngôi sao này cách xa ngôi sao kia thêm 300 ngàn kí-lô-mét. Đến một lúc nào các ngôi sao cách xa nhau đến nỗi mỗi thái dương hệ là một ốc đảo nằm trơ trọi trong biển vũ trụ, ban đêm người hành tinh ngước mặt lên trời chẳng thấy ngôi sao nào. Rồi thời gian trôi qua, tỉ tỉ tỉ… năm, tỉ tỉ tỉ… ngôi sao cũng sẽ đốt cháy hết nhiên liệu hạch tâm và tan rã, hoặc biến thành hố đen hoặc nổ tung thành cát bụi. Lúc đó chỉ còn hố đen, toàn hố đen, vũ trụ là một bãi tha ma hố đen. Rồi sau 10 lũy thừa 100 năm, hố đen cũng bốc hơi tan biến nốt, và vũ trụ chẳng còn gì. Chỉ còn lại khoảng trống màu đen, đen thăm thẳm, đen đến vô tận, vô hạn, đen hơn bất kỳ cái gì bạn có thể tưởng tượng được. Và đó là lúc vũ trụ thực sự cáo chung.

 

Không có gì tồn tại mãi mãi trong vũ trụ. Không có gì có thể gọi là vĩnh hằng được.

 

Con người thì đã biến mất từ trước đó lâu lắm rồi, có lẽ trước cả 10 lũy thừa 1000 năm.