Mặt trời là thiên thể như thế nào?

Làm thế nào để phát hiện ra lỗ đen?

Nói chính xác thì các nhà nghiên cứu thiên văn không phát hiện ra lỗ đen, mà chỉ phát hiện ra các vật thể xung quanh lỗ đen mà thôi. Lực hấp dẫn của lỗ đen ảnh hưởng đến sự vận động của các vật thể xung quanh nó. Khi nhìn thấy một ngôi sao bay quanh một vật gì đấy mà họ không thấy được, rất có thể đấy là một lỗ đen hoặc là một ngôi sao neutron – xác siêu đặc của một ngôi sao.

Giới nghiên cứu thiên văn học có thể tìm ra lỗ đen bằng cách đo khối lượng và tốc độ của ngôi sao. Phương pháp này còn được áp dụng để phát hiện các siêu lỗ đen ẩn náu tại tâm nhiều thiên hà, trong đó có dải Ngân hà của chính chúng ta. Trong dải Ngân hà, họ quan sát thấy nhiều sao và khí gas chuyển động với tốc độ cực lớn ở gần tâm. Hiện tượng này cho thấy sự xuất hiện của một vật thể nặng gấp triệu lần Mặt trời nhưng lại chỉ có đường kính khoảng mười ngày ánh sáng (tương đương với khoảng cách từ Mặt trời đến Diêm vương tinh). Đấy chính là lỗ đen.

Quan sát bằng kính thiên văn vô tuyến và tia X trên Trái đất cho thấy, tại chính tâm Ngân hà có một nguồn năng lượng cực mạnh có tên là Sagittarius A. Rất có khả năng, chính nó là lỗ đen đã được đề cập ở trên. Gần đây, giả thuyết này được giới khoa học nhiệt tình ủng hộ, vì họ nhìn thấy một ngôi sao ở cách Sagittarius A tới 17 giờ ánh sáng mà lại bay với vận tốc 5.000 km/s.

Một bằng chứng nữa cho sự hiện diện của siêu lỗ đen tại tâm thiên hà chính là chuẩn tinh, vật thể sáng nhất trong vũ trụ. Để giải thích cho số năng lượng khổng lồ mà chuẩn tinh phát ra, các nhà thiên văn học lại phải viện đến lỗ đen: trước khi bị lỗ đen hút mất, vật chất nóng lên và toả hết năng lượng ra ngoài. Khoa học gọi đây là hiện tượng “trút hơi thở cuối cùng”. Như vậy, chuẩn tinh được tạo ra do các lỗ đen có khối lượng lớn hơn Mặt trời hàng tỉ lần.

Thiên hà và lỗ đen, vật nào có trước?

Tim Heckman thuộc Đại học Johns Hopkins, Baltimore, Mỹ, một thành viên của nhóm nghiên cứu, cho biết: “Giống như gà và trứng, giới khoa học không thể biết lỗ đen hay thiên hà có trước”. Nhóm của ông đã trình bày kết quả nghiên cứu tại Hội nghị của Liên minh thiên văn quốc tế đang diễn ra tại Sydney, Australia.

Đại đa số các thiên hà chứa một lỗ đen ở trung tâm – vùng không gian dày đặc tới mức nó nặng gấp Mặt trời của chúng ta hàng triệu lần song chỉ lớn hơn vài chục lần. Lực hấp dẫn của lỗ đen cực lớn, giống như một lỗ tháo nước khổng lồ, hút bụi và mọi thiên thể ở gần nó để gia tăng khối lượng.

Đã từ lâu giới thiên văn thắc mắc lỗ đen dẫn tới sự ra đời của thiên hà bằng cách tập hợp bụi và khí thành các ngôi sao hay là thiên hà có đủ khối lượng để “gieo mầm” lỗ đen bằng cách bắt giữ các ngôi sao. Heckman và các thành viên khác, hiện đang làm việc cho một dự án mang tên Sloan Digital Sky Survey để lập bản đồ 100 triệu thiên thể, đã nghiên cứu 120.000 thiên hà gần kề Ngân hà.

Nhóm nghiên cứu đã quan sát thấy dấu hiệu ra đời của các ngôi sao và sự huỷ diệt vật chất khi vật chất bị hút vào một lỗ đen. Từ đó, họ đi đến kết luận các ngôi sao hình thành với tốc độ ngang bằng với lỗ đen. Nhà nghiên cứu lỗ đen Andrew King thuộc Đại học Leicester, Anh, nhận xét: “Đây là một phát hiện lớn. Con người sẽ sử dụng dữ liệu này trong nhiều năm tới”.

Có lẽ đa phần sự phát triển của thiên hà và lỗ đen diễn ra cách đây chừng mười tỷ năm. Dự án khảo sát lập bản đồ là cần thiết nhằm tìm ra một vài thiên hà vẫn đang trải qua quá trình phát triển. Những thiên hà gần kề này là một phòng thí nghiệm tốt giúp giới khoa học hiểu biết về các sự kiện đã xảy ra trong quá khứ.

Ngân hà nhỏ hơn các thiên hà trong dự án và có một lỗ đen khá khiêm tốn ở trung tâm. Tuy nhiên, dữ liệu mới đây cho thấy Ngân hà và lỗ đen trung tâm của nó cùng trải qua quá trình phát triển đau đớn cách đây hàng tỷ năm.

Tại sao nói vũ trụ có thể bắt đầu từ một vụ nổ lớn?

Thuyết vũ trụ nổ lớn chia quá trình biến hoá của hai mươi tỷ năm vũ trụ thành ba giai đoạn. Giai đoạn thứ nhất là thời kỳ sớm nhất của vũ trụ. Khi đó vụ nổ vừa mới bắt đầu không lâu, vũ trụ ở trạng thái nhiệt độ rất cao, độ dày đặc cao, nhiệt độ đạt đến trên mười tỷ độ C. Dưới điều kiện này, không cần nói không có cuộc sống tồn tại, đến ngay cả Trái đất, Mặt trăng, Mặt trời và tất cả những thiên thể cũng đều không thể tồn tại được, thậm chí không có bất kỳ một nguyên tố hoá học nào tồn tại. Trong không gian vũ trụ chỉ có một vài vật chất ở trạng thái hạt cơ bản nơtron, proton, hạt nhân, photon, nơtrinô… vũ trụ đứng ở trong thời gian này rất ngắn, ngắn đến nỗi chỉ tính bằng giây.

Cùng với sự dãn nở không ngừng của hệ thống vũ trụ, nhiệt độ nhanh chóng hạ xuống. Khi nhiệt độ hạ xuống một tỷ độ C cũng là lúc vũ trụ bước vào giai đoạn thứ hai, các nguyên tố hoá học được bắt đầu hình thành trong thời gian này. Trong giai đoạn này, nhiệt độ giảm đến một triệu độ C, lúc này, quá trình hình thành các nguyên tố hoá học ban đầu đã kết thúc. Vật chất của không gian vũ trụ chủ yếu là proton, hạt nhân, proton và một vài hạt nguyên tử khá nhẹ, bức xạ ánh sáng vẫn mạnh, và cũng như ở giai đoạn trước không tồn tại tinh thể. Giai đoạn thứ hai trải qua khoảng vài nghìn năm.

Khi nhiệt độ giảm xuống vài nghìn độ C, vũ trụ tiến đến giai đoạn thứ ba. Thep lịch sử vũ trụ của hai mươi tỷ năm trở lại đây thì giai đoạn này là dài nhất, đến ngày nay chúng ta vẫn đang sống trong giai đoạn này. Do sự giảm xuống của nhiệt độ, bức xạ cũng dần dần yếu đi. Trong không gian vũ trụ tràn đầy vật chất thể khí, những thể khí này dần dần ngưng tụ thành tinh vân (nebula), hình thành thêm hệ thống các vì sao muôn hình vạn trạng, trở thành thế giới trời sao với các sắc màu sặc sỡ mà ngày nay chúng ta nhìn thấy. Đây chính là bức tranh đại thể của vụ nổ lớn vũ trụ mà chúng ta đang nói đến.

Khi lý luận vụ nổ lớn vừa nêu ra, nó không nhận được sự đánh giá cao của quảng đai quần chúng. Nhưng, sau hơn 70 năm sau khi sinh ra, nó lại không ngừng nhận được sự ủng hộ của những quan trắc thiên văn thực tế.

Ví dụ, mọi người quan sát được đường hồng đường phổ có tính hệ thống của những thiên thể ngoài hệ Ngân hà, dùng hiệu ứng đa phổ để giải quyết vấn đề này, đường hồng chính là phản ứng của dãn nở vũ trụ, điều này hoàn toàn phù hợp với lý luận vụ nổ lớn.

Theo lý luận vụ nổ lớn, nhiệt độ vũ trụ ngày nay chỉ còn mấy độ nhiệt độ tuyệt đối. Sự phát triển của bức xạ bối cảnh vũ trụ 3K trong những năm 60 của thế kỷ 20 ủng hộ mạnh mẽ cho luận điểm này.

Có sự ủng hộ quan trắc thực tế này, cuối cùng làm cho vụ nổ lớn giành được vương miện “Minh tinh” trong nhiều học thuyết có liên quan đến sự bắt đầu của vũ trụ.

Sau đó, lý luận vũ trụ vụ nổ lớn cũng vẫn còn tồn tại một vài vấn đề khó khăn vẫn chưa giải quyết được, còn phải đợi những nghiên cứu sâu sắc và giành được càng nhiều những tư liệu quan sát, mới có kết luận hơn nữa.

Tại sao phải nghiên cứu thiên văn học?

Người xưa khi làm những việc trồng trọt chăn nuôi, để tránh nhầm mùa thì cần phải hiểu được những hiện tượng thiên nhiên để tận dụng chúng vào việc xác định mùa. Những người ngư dân và hàng hải tận dụng những ngôi sao trên biển cả mênh mông để xác định được phương hướng tiến về phía trước của mình, tận dụng ánh trăng để phán đoán được lúc thuỷ triều lên xuống…

Công tác thiên văn ngày nay càng có sự phát triển mới vượt bậc. Các loại lịch biểu mà đài thiên văn tạo ra, không chỉ ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày của con người, mà nó càng không thể tách rời được các ban ngành như: Đo lường Trái đất, hàng hải, hàng không và nghiên cứu khoa học.

Trong cuộc sống không thể tách rời được thời gian, khoa học cận đại càng cần thiết ghi chép thời gian rõ ràng, đài thiên văn chịu trách nhiệm xác nhận giờ chuẩn và cung cấp công tác dịch vụ.

Các loại thiên thể là một loại phòng nghiên cứu lí tưởng, ở đó có những điều kiện vật lý mà trên mặt đất ngày nay không có được. Như về chất lượng Mặt trời to gấp mấy mươi lần so với các ngôi sao, nhiệt độ mấy trăm triệu, áp suất cao hơn gấp mấy trăm lần, và một centimet khối thì vượt qua mấy trăm tấn vật chất. Con người thường nhận được rất nhiều sự gợi mở từ thiên văn, sau đó tận dụng hơn nữa. Lật lại những ghi chép trong lịch sử có thể thấy rằng: từ trong quy luật quay lại của hành tinh mà rút ra được quy luật vạn vật hấp dẫn; quan sát được vạch quang phổ của Hêli trên Mặt trời, mới tìm ra được nguyên tố Hêli trên Trái đất; từ tính toán năng lượng vụ nổ của ngôi sao mới, phát hiện nguồn năng lượng mà con người vẫn chưa hiểu rõ…

Mối quan hệ giữa sự phát triển của ngành thiên văn học và các ngành khoa học khác cũng là rất mật thiết. Trước thế kỷ XIX, sự phát triển của các ngành thiên văn học, số học và cơ học có mối quan hệ mật thiết với nhau; cho đến ngày nay, sau khi khoa học phát triển cao độ, thiên văn học càng thâm nhập sâu sắc vào các khoa học khác. Chúng ta đều biết, sau khi Anhxtanh tuyên bố thuyết tương đối, chính là tận dụng kết quả quan sát thiên văn dành cho lí luận này sự ủng hộ mạnh mẽ; sự phát hiện quan trọng của thiên văn học đã nêu ra một vấn đề mới cho các ngành khoa học như: vật lý cao năng, cơ học lượng tử, vũ trụ học, hoá học, khởi nguồn của sự sống…

Thiên văn học đã cho chúng ta biết được những bí mật của giới tự nhiên. Mấy nghìn năm trở lại đây, con người đã có một số nhận thức sai lầm về một số mặt như tính chất của Trái đất, vị trí của Trái đất trong vũ trụ và kết cấu của vũ trụ. Giả sử không có thiên văn học, những nhận thức sai lầm này nhất định sẽ vẫn còn tiếp diễn. Nhà thiên văn học người Ba Lan là Copecnic đã từng phá vỡ sự trói buộc của tôn giáo hàng mấy nghìn năm, đã nêu ra thuyết Trái đất quay quanh Mặt trời, đã làm cho nhận thức của con người về vũ trụ có bước tiến lớn. Ngày nay học sinh tiểu học cũng đều biết “Trái đất hình cầu là một chân lí”.

Trong thời đại con người dùng máy bay để bay lên bầu trời, thiên văn học tập trung tất cả những tinh hoa nhận thức của con người đối với tự nhiên. Nếu như một người thành công vĩ đại mà lại không biết một chút gì về thiên văn học ngày nay, thì người đó không thể còn là người đã được dạy dỗ. Chính vì lý do như vậy, nhiều quốc gia trên thế giới đã liệt thiên văn học thành một môn học bắt buộc đối với học sinh trong các trường phổ thông tại nước mình.