Các lỗ đen có tự quay như các sao và hành tinh?

Hình ảnh đầu tiên chụp lỗ đen được công bố năm 2019 bởi dự án Kính thiên văn Chân trời sự kiện (RHT). Đây là lỗ đen siêu nặng ở trung tâm thiên hà M87 (hay còn có tên là Virgo A, hoặc NGC 4486) - một thiên hà elip khổng lồ nằm cách chúng ta khoảng 55 triệu năm ánh sáng, ở hướng của chòm sao Virgo. Lỗ đen siêu nặng ở trung tâm của nó cũng là lỗ đen lớn nhất từng được biết tới, với khối lượng 6,5 tỷ lần Mặt Trời.

Vấn đề ở đây là liệu như thế đã đủ để kết luận rằng các lỗ đen thực sự quay hay chưa.

Chúng ta cần nhớ lại hai điểm sau:

• Thứ nhất: toàn bộ khối lượng ban đầu của lỗ đen - theo lý thuyết - được dồn vào một kỳ dị cực nhỏ, nhỏ tới mức mà về mặt toán học thì nó có thể được coi là không có kích thước. Vùng bao quanh kỳ dị đó có một bán kính nhất định (bán kính Schwarzschild) được gọi là chân trời sự kiện của lỗ đen, nhưng nó chỉ là một vùng không-thời gian thuần túy chứ không phải một vật thể như có bề mặt như một ngôi sao hay một hành tinh. Như vậy, khó mà có thể coi rằng một thứ gì đó không có kích thước, hay một vùng biên không có bề mặt là quay, vì đơn giản là không có sự chuyển động luân phiên của các điểm trên một bề mặt cụ thể.
• Thứ hai: không có bất cứ bức xạ nào đi ra được từ phía trong của chân trời sự kiện, cũng có nghĩa là mọi thông tin ở bên trong một lỗ đen đều không thể được biết. Nếu vật chất thực sự bị nghiền nát và sụp đổ hoàn toàn vào một điểm, thì bản thân khoảng không bên trong chân trời sự kiện cũng có thể là một nơi đồng đều tuyệt đối, tức là không có sự quay xuất hiện do chênh lệch hấp dẫn.

Khi đã xét tới hai điểm nêu trên, bạn đừng quên rằng bản thân cái mà chúng ta thấy quay chỉ là đĩa bồi tụ bao quanh lỗ đen mà thôi. Tất nhiên, người ta cũng tính ra được tốc độ quay của một đĩa bồi tụ dựa vào khối lượng của nó khi tính tới cũng như khi không tính tới sự có mặt của lỗ đen ở trung tâm, để từ đó đối chiếu và dự đoán được rằng có vẻ như lỗ đen ở những nơi đó đang quay rất nhanh. Mặc dù vậy, với việc chúng ta không biết được chút gì về những thứ bên trong chân trời sự kiện, hay thậm chí thứ gì đó cụ thể xảy ra ở ngay rìa của nó, thì viêc kết luận rằng các lỗ đen có thực sự quay hay không và chúng quay nhanh tới mức nào vẫn còn là quá sớm.

Tương tự như vậy, điện tích của một lỗ đen cũng là một khái niệm hoàn toàn chỉ tồn tại trên lý thuyết và được tính ra từ việc giải phương trình của Einstein. Không có cách nào để chúng ta xác minh xem điện tích có thực sự tồn tại sau khi bị cuốn vào phía trong chân trời sự kiện của lỗ đen hay không.

Trong tương lai, để biết nhiều hơn về những thông tin này, chúng ta sẽ cần trong đợi những thế hệ kính thiên văn mới và những phương pháp mới để ghi hình và theo dõi được thêm nhiều lỗ đen với độ chi tiết cao hơn nhiều so với những gì đang có ngày nay.

Tháng 5 năm 2021

Đặng Vũ Tuấn Sơn

Các bài nên tham khảo thêm:

• Lỗ đen, lỗ trắng và lỗ sâu
• Vật chất đi đâu sau khi rơi vào lỗ đen