Trên sân khấu vũ trụ tuyệt đẹp, thiên hà rực rỡ, đầy đủ các loại thiên thể kỳ lạ và bí ẩn. Ngoài những ngôi sao rực rỡ, tinh vân đẹp như mơ, các hành tinh và các ngôi sao khác mà chúng ta có thể nhìn thấy bằng mắt thường, còn có một số dạng vật chất ẩn. Chúng ta không nói về các hạt ngưng tụ và bụi khó phát hiện bằng mắt thường, cũng không phải về các sao lùn nâu mờ, mà là về một cảnh tượng nổi tiếng - lỗ đen.

Trong các bài viết trước, chúng ta đã nói về các lỗ siêu đen có khối lượng tương đương với toàn bộ vũ trụ, và ở trung tâm của chuẩn tinh TON660, chúng ta đã phát hiện ra một người khổng lồ – một lỗ đen có khối lượng lên đến 0 tỷ mặt trời. Vì vậy, có phải cũng có những lỗ đen nhỏ nhất trong đại dương vũ trụ rộng lớn này không? Và nó nặng bao nhiêu?

Làm thế nào để bạn đo lường chất lượng của các lỗ đen trong các thiên hà?

Khám phá lỗ đen của chúng ta đã vượt qua từ lý thuyết thuần túy sang quan sát thực tế. Cách đây không lâu, chúng ta chỉ có thể nói về lỗ đen trên giấy, nhưng bây giờ chúng ta đã có thể chụp được lỗ đen ở trung tâm của thiên hà M65. Khối lượng của lỗ đen này, lên đến khối lượng của 0 tỷ mặt trời! Vì vậy, trong thiên hà của chúng ta, còn nó thì sao?

當我們將世界上最大的射電望遠鏡對準位於銀河系核心的“暗影”塵土飛揚的區域時，所見之景如上圖所示。在人馬座A*，這個狹小而特殊的空間裡，潛藏著一個光亮的射電源。看似平淡無奇，但仔細觀察會發現，周邊的恆星正以極高的速度圍繞此點進行旋轉，根據它們運行的軌跡，我們藉助萬有引力定律不難推算出，這個核心物體的質量達到了400萬個太陽的品質，並且它不發光。這不僅證明了我們銀河系中心存在一個超大品質的黑洞，也揭示了我們如何確定黑洞的品質。

曾經有朋友問起，是否每個星系中心都藏匿著黑洞？實際上，我們目前有充分的理由相信，大多數星系的核心都盤踞著超大品質的黑洞，其中許多的品質都遠超我們銀河系中心的龐然大物。上文中提到的660億倍太陽品質的黑洞，肯定不是宇宙的極限。

據估計，目前已知的最大星系IC 1101中的黑洞尚未得到確認，其品質可能在400億到1000億倍太陽質量之間！

Hiện tại, các lỗ đen siêu lớn được cho là được hình thành bởi sự hợp nhất của phần còn lại của hàng triệu ngôi sao lớn cổ đại.

Vậy, một lỗ đen thông thường được hình thành như thế nào?

Khi chúng ta nhìn vào một cụm sao trẻ, những ngôi sao lớn nhất, lớn nhất và sáng nhất luôn bắt mắt nhất. Theo bản năng, người ta có thể nghĩ rằng những ngôi sao này, có kích thước và khối lượng khổng lồ, sẽ sống lâu hơn vì nhiên liệu dồi dào. Tuy nhiên, trực giác thường có thể đánh lừa chúng ta.

像O型和B型的大品質恆星，它們的品質是太陽的幾十倍甚至數百倍。但它們的燃料消耗速度極快，在數百萬年甚至數十萬年的時間內，它們的核心燃料就會耗盡。而我們的太陽，預計可以燃燒120億年左右，這其中的差距顯而易見！在大品質恆星生命的終點，它們往往會以II型超新星的形式爆炸，核心则会塌缩成中子星或黑洞。

Trong suốt cuộc đời của một ngôi sao, lực hấp dẫn liên tục nén nó, cố gắng phá hủy nó. Nhiệt hạch hạt nhân, xảy ra trong lõi của một ngôi sao, tạo ra áp suất bức xạ chống lại lực hấp dẫn và duy trì sự ổn định của ngôi sao. Một khi quá trình nhiệt hạch trong lõi dừng lại, trọng lực chiếm ưu thế, khiến lõi sụp đổ. Tại thời điểm này, áp suất thoái hóa giữa các nguyên tử (tức là nguyên lý không tương thích của Pauli) trở thành lực chống lại trọng lực.

Đối với các ngôi sao giống mặt trời, ngay cả những ngôi sao có khối lượng gấp bốn lần Mặt trời, khi phản ứng tổng hợp hạt nhân kết thúc, lõi của chúng co lại có kích thước bằng Trái đất, tạo thành một sao lùn trắng. Nhưng chúng không co lại thêm nữa, và tại thời điểm này, chính các nguyên tử giữ toàn bộ ngôi sao.

Tuy nhiên, áp lực thoái hóa giữa các electron không phải là không thể phá vỡ. Một ngôi sao có khối lượng gấp bốn lần khối lượng Mặt trời, trong một vụ nổ siêu tân tinh, sụp đổ lõi của nó đến mức nguyên tử, và sau đó "nghiền nát" các nguyên tử, đẩy các electron vào hạt nhân và kết hợp với proton để tạo thành một thiên thể do neutron thống trị, ngôi sao neutron.

Các sao neutron có khối lượng tương đương với Mặt trời, nhưng đường kính chỉ vài km. Khi khối lượng của lõi của ngôi sao thay đổi, chất lượng của ngôi sao neutron còn lại cũng thay đổi. Nếu khối lượng của một ngôi sao neutron vượt quá ba lần khối lượng của Mặt trời, các neutron sẽ bị hấp dẫn và bị nén thành một lỗ đen có thể tích nhỏ vô hạn và độ cong vô hạn trong không gian.

Vì vậy, lỗ đen nhỏ nhất được biết đến là gì?

IGR J10-0: Đây là một lỗ đen trong một hệ nhị phân, và chúng tôi có thể phát hiện ra nó vì hệ thống này tạo ra những cơn gió sao mạnh. Thay vì hút vật chất trực tiếp, các lỗ đen tích tụ vật chất từ các ngôi sao đồng hành và đẩy khoảng 0% vật chất vào môi trường giữa các vì sao. Nó là một lỗ đen khối lượng thấp với khối lượng gấp khoảng 0 đến 0 lần Mặt trời.

GRO J2+0: Đây cũng là một hệ sao đôi, nằm cách Trái đất chỉ 0 năm ánh sáng. Một số nhóm nghiên cứu tin rằng nó là một ngôi sao neutron có khối lượng gấp khoảng 0,0 lần Mặt trời, trong khi những người khác tin rằng nó có khối lượng gần gấp bốn lần Mặt trời. Bồi thẩm đoàn vẫn chưa ra mắt.

XTE J8-0: Ban đầu chính thức tuyên bố có khối lượng 0,0 mặt trời, nó đã được đánh giá lại là nặng hơn gần năm lần so với mặt trời. Nó cũng là một hệ sao đôi nơi lỗ đen phát ra tia X đều đặn từ đĩa bồi tụ. Thông thường, các nhà khoa học xác định khối lượng của một lỗ đen ở xa dựa trên bức xạ phát ra xung quanh lỗ đen so với khối lượng của lỗ đen.

Cho dù nó là 2,0x, 0,0x, 0,0x hay 0,0x khối lượng của mặt trời, khối lượng đã rất nhỏ đối với một lỗ đen. Bạn có thể nghĩ rằng đây là khối lượng tối thiểu mà một lỗ đen có thể có. Nhưng trên thực tế, có ba khả năng nữa!

Tóm lại, đối với các lỗ đen, không có lỗ đen nào nhỏ nhất mà nhỏ hơn.

Neutron Star - Hợp nhất Neutron Star!

兩個中子星的合併過程會創造出宇宙中大多數重元素，如黃金。在宇宙中，中子星的數量遠超黑洞。儘管兩顆中子星的碰撞相對罕見，在每個星系中大約每10000到10萬年發生一次，但考慮到宇宙已有138億年的歷史，擁有近1萬億個星系，中子星的合併在宇宙中是相當普遍的。

很可能，當兩顆中子星相撞時，即使它們的質量沒有超過形成黑洞的門檻，也有可能在超新星爆發后留下一個黑洞。據估計，在我們銀河系中已經發生了大約10萬到100萬次中子星合併。因此，我們有希望在銀河系內部找到一個約2倍太陽品質的黑洞。

Ngoài ra, lỗ đen mất khối lượng theo thời gian!

Vì dao động lượng tử tồn tại trong chân không, các dao động hạt-phản hạt, dù bên trong, bên ngoài hay trong chân trời sự kiện của lỗ đen, xảy ra trong chân không, và sau đó biến mất để giữ năng lượng được bảo toàn. Nếu một hạt ảo sóng vào một lỗ đen, hạt kia sẽ lấy đi năng lượng và thoát ra như một hạt thật. Mặc dù quá trình này cực kỳ chậm, nhưng các lỗ đen từ từ bốc hơi bởi bức xạ Hawking.

Chúng tôi biết rằng bức xạ này không đến từ một dòng hạt hoặc phản hạt được đẩy ra bởi một lỗ đen, mà từ một số thông lượng bức xạ vật đen có năng lượng cực thấp, gần như không đổi.

Trên thang thời gian dài, chẳng hạn như 69 đến lũy thừa 0 hoặc 0 đến lũy thừa 0 năm, một số lỗ đen có khối lượng thấp nhất sẽ dần mất khối lượng và cuối cùng bốc hơi hoàn toàn.

Vì vậy, nếu bạn đang tìm kiếm một lỗ đen có khối lượng nhỏ hơn, thật dễ dàng để biến điều ước đó thành hiện thực, bởi vì một số lỗ đen đã trong quá trình biến mất. Trong quá khứ, sự tồn tại của các lỗ đen thu nhỏ (lỗ đen lượng tử) đã được dự kiến. Tiếp theo, chúng ta hãy khám phá nó.

Vũ trụ có thể có những lỗ đen thu nhỏ khi nó được sinh ra?

Khái niệm về lỗ đen thu nhỏ có từ những năm 68 của thế kỷ 0, đó là một ý tưởng sáng tạo, nhưng hóa ra nó không thể xảy ra. Đây là vấn đề: vũ trụ ban đầu là một trạng thái nóng, dày đặc, đồng đều và giãn nở nhanh chóng. Nếu mật độ của một vùng rất nhỏ cao hơn 0% so với mật độ trung bình, thì vùng đó sẽ tự nhiên sụp đổ thành một lỗ đen. Nếu vũ trụ có nhiều vùng nhỏ như vậy ngay từ đầu, chúng ta có thể kết thúc với một vũ trụ đầy các lỗ đen thu nhỏ.

Nhưng bằng cách đo dao động mật độ của vũ trụ sơ khai, tức là dao động của bức xạ vi sóng và dao động mật độ thay đổi theo quy mô như thế nào, chúng tôi thấy rằng các dao động lớn nhất không cao hơn 003% so với mức trung bình, mà chỉ cao hơn 0,0% so với mức trung bình. Khi quy mô quan sát giảm, các dao động trở nên nhỏ hơn, vì vậy không thể tồn tại một lỗ đen thu nhỏ.

Đó là tất cả các lỗ đen nhỏ nhất trong vũ trụ, từ các lỗ đen đã biết đến các lỗ đen chưa được khám phá, cho đến những lỗ đen mà chúng ta cần phải chờ đợi!