LỖ ĐEN – MỘT VỰC THẲM KHÔNG ĐÁY
Lỗ đen là một loại Thiên thể kỳ lạ nhất trong Vũ trụ và được tạo ra trong trí óc của nhà vật lý lý thuyết. Sau khi sao tiêu thụ gần hết nhiên liệu thì năng lượng hạt nhân không còn đủ để ngăn cản lực hấp dẫn làm sao co lại. Trường hấp dẫn ngày càng lớn và không - thời gian chung quanh sao ngày càng cong. Không - thời gian cong đến mức các hạt phôtôn (hạt ánh sáng) phát ra từ sao chuyển động theo đường cong của không - thời gian phải quay trở lại mặt sao, cũng như một quả bóng ta ném lên không trung rồi rơi xuống mặt đất vì bị hút bởi trường hấp dẫn của Trái đất. Lúc đó, sao co với một kích thước ''tới hạn'' và các hạt ở trong sao phải có tốc độ lớn hơn cả tốc độ ánh sáng mới thoát ra khỏi trường hấp dẫn và truyền ra ngoài được. Vì không có vật nào chuyển động nhanh hơn tốc độ ánh sáng nên vật chất cũng như ánh sáng đều bị bẫy trong sao. Thiên thể này như chờ đợi mồi kể cả ánh sáng bén mảng đến chung quanh để lôi cuốn vào trong lòng như vào một vực thẳm nên được gọi là lỗ đen (black hole).
Thiên thể càng nặng bao nhiêu thì kích thước tới hạn càng lớn bấy nhiêu. Một Thiên thể nặng bằng Mặt trời có kích thước tới hạn khoảng một kilômét. Tức là một ngôi sao như Mặt trời có đường kính một triệu kilômét có thể trở thành một lỗ đen nếu sao sụp đổ đến lúc đường kính của sao chỉ còn một kilômét. Tuy nhiên, không phải Thiên thể nào cũng kết thúc cuộc đời thành lỗ đen. Đến giai đoạn cuối cùng trong quá trình tiến hoá, loại sao như Mặt trời sẽ phun hết khí quyển ra môi trường giữa các sao và để lại một lõi sao có đường kính khoảng mười nghìn kilômét. Kích thước này lớn hơn kích thước tới hạn (một kilômét) của Mặt trời nên sao như Mặt trời không thể trở thành lỗ đen. Những sao này sẽ trở thành sao lùn trắng. Những sao nặng bằng khoảng bốn, năm lần. Mặt trời thì bùng nổ thành sao siêu mới và lõi sao co lại đến mức những hạt êlêctrôn và prôtôn bị nén liền với nhau thành những hạt nơtrôn. Chỉ có những sao nặng bằng khoảng tám, mười lần Mặt trời thì có thể co mãi cho tới khi đạt tới kích thước tới hạn và trở thành lỗ đen. Lúc đó, một centimét khối trong lõi sao nặng bằng khoảng cả Trái đất (1022 tấn)! Mật độ trung bình của Mặt trời chỉ là 1 gam trong một centimét khối. Lỗ đen càng nhỏ thì mật độ càng lớn và càng bẻ cong không - thời gian. Có lý thuyết dự đoán rằng, những lỗ đen tí hon bằng hạt prôtôn (kích thước 10-13 centimét) nhưng nặng bằng một tỷ (109) tấn đã được tạo ra trong Vũ trụ nguyên thuỷ. Lỗ đen tí hon rất nóng và tự huỷ dần song cuối cùng nổ tan. Nhưng Thiên thể kỳ dị này dù có thực nhưng cũng chưa phát hiện được.
Vì lỗ đen thu hút cả ánh sáng của nó, nên không nhìn thấy và rất khó phát hiện được. Tuy nhiên, những tác động do lỗ đen tạo ra có những tính chất rất đặc biệt và là những yếu tố tiêu biểu cho sự hiện diện của nó. Nếu lỗ đen thuộc một hệ sao đôi thì hút khí quyển của sao đồng hành. Khi bị hút và cuốn như gió lốc thành hình một cái đĩa chung quanh lỗ đen. Đĩa khí bị hun nóng tới hàng triệu độ nên phát tia X. Những vùng trong Vũ trụ phát ra nhiều tia X có khả năng chứa những lỗ đen. Những vệ tinh chuyên quan sát trên những sóng tia X đã được phóng ra ngoài khí quyển Trái đất để phát hiện những nguồn tia X trong Vũ trụ. Những hệ sao nơtrôn đôi cũng phát tia X. Như đã trình bày ở trên, ta có thể đo được khối lượng của hai sao trong hệ sao đôi. Nếu là sao nơtrôn thì khối lượng của sao chỉ vào khoảng năm lần khối lượng Mặt trời. Nếu Thiên thể nặng hơn phát ra tia X thì có nhiều khả năng nguồn X là một lỗ đen. Một nguồn tia X tên là Cygnus X1 (Xichnuxơ X1) của hệ sao đôi trong chòm sao Thiên Nga được coi là một lỗ đen nặng ít nhất bằng tám lần Mặt trời. (Trong thiên văn học, người ta thường dùng khối lượng Mặt trời làm đơn vị đo khối lượng các Thiên thể). Nhân các Thiên hà và chuẩn sao, cũng gọi là quada nơi tập trung nhiều năng lượng thường chứa những lỗ đen khổng lồ. Trung tâm giải Ngân hà của chúng ta, nơi phát hiện ra rất nhiều bức xạ Xincrôtrôn, có một lỗ đen nặng bằng một triệu lần Mặt trời nhưng kích thước chỉ nhỏ bằng vài nghìn lần đường kính Mặt trời. Lỗ đen là một thiên thể vừa nặng, vừa gọn, không cồng kềnh.
Theo thuyết tương đối, một tia bức xạ truyền qua bên cạnh một vật có khối lượng thì dịch chuyển về phía đỏ do ảnh hưởng của trường hấp dẫn. Đó là sự dịch chuyển về phía đỏ do hiệu ứng Einstein. Nếu vật nặng vừa gọn, tức là nếu khối lượng của nó càng lớn và kích thước càng nhỏ thì độ dịch chuyển về phía đỏ càng cao. Một Thiên thể như Mặt trời, tuy nặng (2x1027 tấn) nhưng cồng kềnh (đường kính 1,4 triệu kilômét) chỉ tạo ra độ dịch chuyển về phía đỏ rất nhỏ. Một Thiên thể nặng bằng Mặt trời nhưng gọn, chỉ có đường kính 6 kilômét, thì độ dịch chuyển về phía đỏ trên mặt Thiên thể trở thành vô tận. Thiên thể này không thể bức xạ được vì tất cả các phổ điện từ đều dịch chuyển về vô tận, phía những bước sóng dài. Đó chính là trường hợp của các lỗ đen.
