Những thứ lớn nhất trong vũ trụ là lỗ đen.
Trái ngược với những thứ như hành tinh hoặc ngôi sao, chúng không có giới hạn về kích thước vật lý
và có thể phát triển vô tận theo đúng nghĩa đen. Mặc dù trong thực tế, cần phải có vài điều kiện cụ thể hình thành
các loại lỗ đen khác nhau, từ những lỗ đen thực sự nhỏ đến những thứ đơn lẻ lớn nhất trong vũ trụ.
Vậy các lỗ đen phát triển như thế nào và lỗ đen lớn nhất trong chúng có kích thước bao nhiêu?
Video này sẽ không thảo luận về cách hoạt động của các lỗ đen hoặc cách chúng hình thành vì chúng tôi đã xem xét
chi tiết điều đó trong loạt video về lỗ đen và sao neutron của chúng tôi, bạn có thể thưởng thức chúng sau. Hiện tại, chúng ta
quan tâm đến việc tìm kiếm thứ lớn nhất trong vũ trụ. Chúng ta hãy bắt đầu từ thứ thực sự, thực sự nhỏ
Lỗ đen nguyên thủy 10 00:00:53,920 ––> 00:00:59,760 Loại lỗ đen nhỏ nhất có thể hoặc không tồn tại. Nếu có, chúng có thể là một trong những vật thể lâu đời nhất 11 00:00:59,759 ––> 00:01:05,840 trong vũ trụ, thậm chí còn già hơn cả nguyên tử. Chúng sẽ hình thành ngay sau vụ nổ lớn,
khi những dòng năng lượng dữ dội dày đặc khắp vũ trụ, đến nỗi bất kỳ vùng
nhỏ nào chỉ dày đặc hơn một chút so với các vùng lân cận của nó cũng có thể tạo ra một lỗ đen.
Lỗ đen Nguyên thủy nhỏ nhất mà vẫn tồn tại sẽ nặng khoảng một nghìn tỷ
kg, tương đương với khối lượng của một ngọn núi lớn. Và kích thước của chúng sẽ không lớn hơn một proton.
Một lỗ đen Nguyên thủy có khối lượng bằng Trái Đất sẽ chỉ lớn hơn một đồng xu một tí.
Điều này làm cho chúng rất khó tìm thấy, vì vậy chúng ta chưa thực sự quan sát thấy chúng - nếu
chúng tồn tại, chúng thậm chí có thể là những vật chất tối bí ẩn giữ các thiên hà lại với nhau.
Hãy chuyển sang loại lỗ đen mà chúng ta biết chắc chắc là CÓ ở đó.
Lỗ đen sao
Để tạo ra một lỗ đen, chúng ta cần nén đủ vật chất để nó có thể tự sụp đổ. Sau
đó, càng nhiều khối lượng được đưa vào đó, kích thước của lỗ đen nó càng lớn. Trong vũ trụ ngày nay,
chỉ những sự kiện vũ trụ dữ dội nhất mới có thể tạo ra những điều kiện cần thiết, chẳng hạn như sự hợp nhất của các
sao neutron hay khi lõi của một ngôi sao rất lớn sụp đổ trong một vụ siêu tân tinh. Để có một đơn vị
so sánh, ta sẽ sử dụng khối lượng của mặt trời, vào khoảng 2 triệu nghìn nghìn tỷ kg.
Lỗ đen nhỏ nhất được biết đến có khối lượng gấp 2,7 lần mặt trời,
hình dáng như một hình cầu có đường kính khoảng 16 km, đủ lớn để bao phủ Paris.
Một lỗ đen nhẹ kí khác là bạn đồng hành với ngôi sao khổng lồ đỏ V723 Mon.
Ngôi sao này lớn hơn mặt trời của chúng ta 24 lần, đường kính dài 30 triệu km. Chưa hết,
nó còn bị quay xung quanh bởi một lỗ đen nhỏ chỉ rộng 17,2 km. Thứ nhỏ bé đang bắt nạt
ngôi sao này nhỏ đến mức chúng ta thậm chí khó có thể đưa chúng ra so sánh.
Một trong những lỗ đen sao lớn nhất được biết đến là M33 X-7. Nó hiện đang dành thời gian ăn mòn một sao siêu khổng lồ xanh
có khối lượng gấp 70 mặt trời, từng chút một. Khi tất cả những vật chất bị đánh cắp đó quay tròn về phía lỗ đen,
giống như dòng nước chảy xuống cống, ma sát làm nóng nó lên đến nhiệt độ đủ cao để
tỏa sáng hơn Mặt trời của chúng ta 500.000 lần! Chưa hết, X-7 có khối lượng ‘chỉ’ bằng 15,65 mặt trời
và rộng 92 km, vừa đủ lớn để phủ bóng lên đảo Corse.
Để phát triển lớn hơn, các lỗ đen phải nuốt chửng rất nhiều ngôi sao hoặc tốt hơn là hợp nhất với
nhau. Các công cụ giúp phát hiện những vụ sáp nhập này còn rất mới, vì vậy chúng ta
hiện đang khám phá ra rất nhiều điều thú vị. Giống như hai lỗ đen khổng lồ mà chúng ta đã phát hiện trong
một thiên hà cách xa 17 ta tỷ ánh sáng. Khi chúng quay xung quanh nhau một cách dữ dội, chúng giải phóng nhiều
năng lượng dưới dạng sóng hấp dẫn hơn so với ánh sáng tổng hợp từ tất cả các ngôi sao trong dải ngân hà
trong 4400 năm. Lỗ đen mới do chúng hình thành có kích thước bằng nước Đức và có khối lượng bằng 142 lần khối lượng Mặt Trời.
Và ở đây, chúng ta đã đạt được một khoảng cách đáng ngạc nhiên về quy mô.
Có rất nhiều lỗ đen có khối lượng tới 150 lần khối lượng Mặt Trời. Và sau đó không có gì trong một
thời gian. Cho đến khi chúng ta đột nhiên thấy các lỗ đen có khối lượng lớn gấp hàng triệu lần.
Điều này hơi khó hiểu, bởi vì chúng ta đã có ý tưởng rằng các lỗ đen luôn phát triển
theo thời gian. Nhưng đối với những lỗ đen lớn nhất, quá trình này không đủ nhanh để giải thích
sự tồn tại của chúng ngày nay. Đơn giản là độ tuổi của vũ trụ chưa lâu để những lỗ đen siêu lớn
này hình thành bằng cách ăn các ngôi sao và hợp nhất với nhau. Chắc chắn một điều gì đó khác đã xảy ra.
Để giải thích cách chúng ta có được những lỗ đen lớn nhất trong vũ trụ, chúng ta có thể cần những
ngôi sao lớn nhất từng tồn tại: Sao lỗ đen. Để có tương quan về quy mô, chúng ta có thể so sánh chúng
với những ngôi sao lớn nhất tồn tại ngày nay. Mặt trời của chúng ta giống như một hạt cát khi đứng bên cạnh chúng.
Chúng tôi không biết liệu sao lỗ đen có thực sự tồn tại hay không nhưng chúng là một khái niệm thú vị khi nói đến
sự phát triển quá mức của lỗ đen. Ý tưởng ở đây là vật chất trong vũ trụ sơ khai dày đặc
đến mức các sao lỗ đen gần như có thể lớn gấp hàng nghìn lần khối lượng của mặt trời chúng ta. Lõi của những
ngôi sao này có thể đã bị nghiền nát bởi trọng lượng của chính chúng, đến mức thực sự sụp đổ thành lỗ đen
trong khi ngôi sao vẫn đang hình thành. Trái ngược với các ngôi sao ngày nay sẽ tự hủy diệt trong
quá trình này, bên trong các ngôi sao lỗ đen, một sự cân bằng chết người có thể xuất hiện. Lực hấp dẫn đã ép ngôi sao siêu lớn
lại với nhau, nuôi dưỡng lỗ đen và làm nóng vật chất rơi vào trong đến một nhiệt độ sao cho
áp suất bức xạ giữ cho ngôi sao ổn định. Và do đó, những lỗ đen phát triển nhanh chóng này có thể đã
tiêu thụ ngôi sao gần như trong hàng triệu năm và phát triển lớn hơn nhiều so với bất kỳ lỗ đen sao hiện đại nào.
Các lỗ đen này có khối lượng gấp vài nghìn lần Mặt trời và rộng hơn toàn bộ trái đất.
Những lỗ đen này có thể đã trở thành mầm mống cho các lỗ đen siêu khối lượng.
Lỗ đen siêu khối lượng
Bây giờ, chúng ta đến các vị vua của vũ trụ, những thiên thể đơn lẻ lớn nhất đang
tồn tại. Trung tâm của hầu hết các thiên hà đều chứa một lỗ đen siêu khối lượng, và chúng đều rất quái dị.
Trong Dải Ngân hà, chúng ta có Nhân Mã A*, một lỗ đen siêu lớn
gấp khoảng 4 triệu lần khối lượng Mặt Trời đang bình tĩnh và thu thập và thực hiện đúng nhiệm vụ của nó. Chúng ta biết
nó nằm ở đó bởi vì chúng ta có thể thấy một số ngôi sao quay xung quanh bởi một điểm dường như trống rỗng.
Và mặc dù có khối lượng đáng kinh ngạc, bán kính của nó vẫn
chỉ gấp 17 lần mặt trời của chúng ta. Nhỏ hơn hầu hết các ngôi sao khổng lồ, nhưng nặng hơn hàng triệu lần.
Bởi vì các lỗ đen siêu khối lượng rất lớn và nằm ở trung tâm của các thiên hà,
nhiều người tưởng tượng chúng giống như Mặt trời trong hệ Mặt trời. Một mỏ neo gắn kết
mọi thứ khác lại với nhau và buộc nó vào một quỹ đạo. Nhưng đây là một ngộ nhận. Trong khi
mặt trời chiếm 99,86% tổng khối lượng trong hệ mặt trời thì lỗ đen siêu khối lượng thường chỉ chiếm 76 00:07:00,959 ––> 00:07:08,560 0,001% khối lượng của thiên hà của chúng. Hàng tỷ ngôi sao trong các thiên hà không
bị ràng buộc bởi lực hấp dẫn của chúng, thay vào đó là hiệu ứng hấp dẫn của vật chất tối giữ chúng lại với nhau.
Nhiều lỗ đen siêu khối lượng không phải là những người khổng lồ dịu dàng, đặc biệt là khi chúng ăn
những đám mây sao có khối lượng lớn trong thiên hà của chúng. Cái lỗ đen ở trung tâm của thiên hà BL Lacertae đang nuốt chửng
vật chất nhiều đến mức tạo ra các tia plasma được gia tốc gần bằng tốc độ ánh sáng.
Nếu Trái đất quay quanh thiên thể khổng lồ này, nó sẽ có vẻ lớn gấp 115 lần Mặt trời của chúng ta trên bầu trời…
và chúng ta sẽ bị thiêu rụi trong vài giây bởi đĩa bồi tụ nóng rực của nó.
Tại thời điểm này, các lỗ đen trở nên lớn đến mức các ngôi sao có vẻ nhỏ bé một cách kỳ lạ so với chúng.
Thiên hà Cygnus A có một lỗ đen siêu khối lượng với 2,5 tỷ lần khối lượng Mặt trời và rộng 14,7 tỷ km,
có nghĩa là nếu nó thay thế Mặt trời của chúng ta, nó sẽ nuốt chửng tất cả các hành tinh và
kéo căng ra nửa quãng đường tới rìa Hệ Mặt trời. Nó đang nuốt chửng nhiều khối lượng và vật chất
đến mức biến đĩa bồi tụ của mình thành một loại phễu từ tính, phun khí ra ngoài tạo thành các thùy vô tuyến cực lớn,
cao ngất ngưởng trên thiên hà, đường kính nửa triệu năm ánh sáng. Đó là 2,5 lần đường kính của dải Ngân Hà.
Một lỗ đen siêu khối lượng khác nằm trong thiên hà Messier 87. Nó
có khối lượng bằng 6,5 tỷ mặt trời và là lỗ đen đầu tiên mà chúng ta có được một bức ảnh thực tế.
Hay đúng hơn là luồng khí phát sáng xung quanh rìa của một cái bóng đầy đe dọa.
Quả cầu bóng tối này lớn đến mức nó bao phủ toàn bộ Hệ Mặt trời của chúng ta.
Chưa hết, có một quy mô thậm chí còn cao hơn những loại vật thể này ...
Hố đen siêu siêu khối lượng
Bây giờ chúng ta đạt đến những hố đen khổng lồ nhất, có lẽ là những thiên thể đơn lẻ lớn nhất từng tồn tại.
Những lỗ đen này đã ăn nhiều đến mức chúng phát triển lên đến hàng chục tỷ lần khối lượng mặt trời,
trọng lực của chúng là động cơ tạo ra một ‘chuẩn tinh’ - một đĩa bồi tụ sáng hơn hàng nghìn thiên hà
đầy sao. Đồ sộ đến mức chúng xứng đáng có được một danh hiệu của riêng mình - Hố đen siêu siêu khối lượng.
Lỗ đen siêu siêu khối lượng ở trung tâm của thiên hà OJ 287 có khối lượng 18 tỷ lần khối lượng mặt trời.
Nó lớn đến mức có một lỗ đen siêu Khối lượng, lớn hơn gần 40 lần so với ngôi sao Nhân Mã A*,
quay quanh nó! Thứ này thách thức trí tưởng tượng và thực sự khó có thể so sánh với bất cứ thứ gì.
Nó có thể thoải mái đặt ba Hệ mặt trời cạnh nhau bên trong nó.
Chúng ta kết thúc cuộc thi điên rồ này và đến với vua của các vị vua.
TON 618, một lỗ đen mà chúng ta có thể quan sát đang tiêu thụ một lượng vật chất tương đương vài ngân hà,
tỏa sáng với độ sáng của một trăm nghìn tỷ ngôi sao, có thể nhìn thấy từ cách xa 18 tỷ năm ánh sáng.
Nó có khối lượng đáng kinh ngạc tương đương 66 tỷ mặt trời. Một lỗ đen lớn đến mức phải mất
một tuần ánh sáng mới đạt đến điểm kỳ dị sau khi vượt qua chân trời sự kiện. Khoảng 11
Hệ Mặt trời có thể nằm cạnh nhau bên trong nó. Nó rất có thể là
thiên thể đơn lẻ lớn nhất trong vũ trụ. Nhưng trong thực tế, nó có lẽ còn lớn hơn.
Vì TON 618 ở rất xa, chúng ta chỉ thấy nó trông như thế nào cách đây 10 tỷ năm.
Trong mọi trường hợp, lỗ đen rất đáng sợ và bí ẩn
và khổng lồ. Chúng sẽ ở đây sau khi mọi thứ khác chết đi, và ngày càng lớn hơn.
Bây giờ chúng ta hãy nhìn lại chuyến đi một lần nữa. Từ lỗ đen nhỏ nhất có thể,
dần đàn lên tới cái lớn nhất.
Hôm nay chúng ta hãy thử một điều gì đó mới mẻ, chúng ta có thể gọi nó là: “Phía sau ̶h̶ậ̶u̶ ̶t̶r̶ư̶ờ̶n̶g̶ lời nói dối”,
một đoạn ngắn cảnh hậu trường về những điểm không chính xác cần thiết trong video này
vì thực sự không thể xếp hạng các lỗ đen như những thẻ bài.
Làm thế nào ư? Chà, trong khi chúng tôi đã lập danh mục hàng triệu ngôi sao, chúng tôi thực sự chỉ có
dữ liệu chính xác về vài chục lỗ đen. Đó là bởi vì việc tìm hiểu lỗ đen không thực sự
là một điều cho đến 50 năm trước - và về mặt kỹ thuật thì vẫn chưa, bởi vì chúng ta không thể nhìn thấy các lỗ đen.
Chúng ta chỉ có thể rút ra các tính chất của chúng từ việc nghiên cứu các hiệu ứng hấp dẫn của chúng đối với vật chất xung quanh
chúng, như quỹ đạo của các ngôi sao đến gần chúng. Hiệu ứng này phụ thuộc vào khối lượng của
lỗ đen, chúng ta có thể ước lượng gần đúng ở mức cơ bản nhất với các định luật của Kepler.
Nhưng điều này đi kèm với sự không chắc chắn và sai số rất lớn.
Sau đó, chúng tôi phải chuyển đổi khối lượng sang kích thước, điều này mang lại những sai số mới.
Ví dụ, chúng tôi đã tính toán bán kính từ khối lượng bằng cách sử dụng phương trình Schwarzschild để
đơn giản hóa, và giả định rằng các lỗ đen hoàn toàn tròn và không quay: một loại
lỗ đen không thực sự tồn tại. Thực tế là vật lý trên các thang đo này hơi mờ nhạt.
Vì vậy, một số lỗ đen mà chúng ta đã đề cập ở đây có thể nhỏ hơn hoặc lớn hơn nhiều. Chúng tôi
không biết chắc chắn. Chúng tôi đã giải quyết vấn đề này bằng cách so sánh các nguồn khác nhau
với các loại giá trị khác nhau và sử dụng các phép tính khối lượng khác nhau để đưa
ra danh sách chuẩn hóa cho phép chúng tôi chính xác nhất có thể về mặt con người.
Bạn có thể xem tất cả những điều này trong tài liệu nguồn của chúng tôi. Kết quả là kịch bản này được viết bằng nước mắt của
các chuyên gia mà chúng tôi đã phát điên với nỗi ám ảnh về những giá trị chính xác nhất mà họ có thể làm việc cùng.
Trong quá trình này, hàng tấn nội dung đã bị cắt và không được đưa
vào video cuối cùng - nhưng may mắn là chúng tôi đã tìm ra cách để không lãng phí tất cả:
Chúng tôi đã tạo ra rất nhiều merch về lỗ đen, trải dài trên toàn bộ phạm vi từ hơi chút điên loạn đến nghiêm trọng hơn.
Bằng cách này, chúng ta có thể khám phá một chủ đề từ các góc độ khác nhau - và bạn
có thể tiếp tục vui vẻ với các lỗ đen sau khi video này kết thúc.
By: BakaAfk <3