Lo đen hay ho đen (tieng Anh: black hole), la mot vung khong–thoi gian noi truong hap dan manh đen muc khong co gi—khong hat vat chat hay ca buc xa đien tu nhu anh sang co the thoat khoi no. Thuyet tuong đoi rong tien đoan mot luong vat chat voi khoi luong đu lon nam trong pham vi đu nho se lam bien dang khong thoi gian đe tro thanh lo đen. Xung quanh lo đen la mot mat xac đinh boi phuong trinh toan hoc goi la chan troi su kien, ma tai đo khi vat chat vuot qua no se khong the thoat ra ngoai lo đen đuoc. Lo đen goi la "đen" boi vi no hap thu moi buc xa va vat chat hut qua chan troi su kien, giong nhu mot vat đen tuyet đoi trong nhiet đong luc hoc; no cung khong phai la mot loai "lo" hay "ho" nao ma la vung khong–thoi gian khong đe cho mot thu gi thoat ra. Ly thuyet truong luong tu trong khong thoi gian cong tien đoan tai chan troi su kien lo đen co phat ra buc xa giong nhu vat đen co nhiet đo nhat đinh phat ra buc xa nhiet. Nhiet đo nay ti le nghich voi khoi luong cua lo đen, khien cho rat kho quan sat đuoc buc xa nay đoi voi cac lo đen co khoi luong sao hay trung binh.
Trong the ky 18, John Michell va Pierre-Simon Laplace tung xet đen vat the co truong hap dan manh mo ta boi co hoc co đien khien cho anh sang khong the thoat ra. Ly thuyet hien đai đau tien ve đac điem cua lo đen neu boi Karl Schwarzschild nam 1916 khi ong tim ra nghiem chinh xac đau tien cho phuong trinh truong Einstein, mac du y nghia vat ly va cach giai thich ve vung khong thoi gian ma khong thu gi co the thoat đuoc do David Finkelstein neu ra đau tien vao nam 1958. Trong mot thoi gian dai, cac nha vat ly coi nghiem Schwarzschild la mieu ta toan hoc thuan tuy. Cho đen thap nien 1960, nhung nghien cuu ly thuyet moi chi ra rang lo đen hinh thanh theo nhung tien đoan chat che cua thuyet tuong đoi tong quat. Khi cac nha thien van hoc phat hien ra cac sao neutron, pulsar va Cygnus X-1—mot lo đen trong he sao đoi, thi nhung tien đoan ve qua trinh suy sup hap dan tro thanh hien thuc, va khai niem lo đen cung voi cac thien the đac chuyen thanh ly thuyet mieu ta nhung thuc the đac biet nay trong vu tru.
Theo ly thuyet, lo đen khoi luong sao hinh thanh tu su suy sup hap dan cua nhung sao co khoi luong rat lon trong giai đoan cuoi cua qua trinh tien hoa. Sau khi hinh thanh, chung tiep tuc thu hut vat chat tu moi truong xung quanh, va khoi luong tang dan len theo thoi gian. Cung voi qua trinh hoa tron va sap nhap hai hay nhieu lo đen ma ton tai nhung lo đen khong lo voi khoi luong tu vai trieu cho đen hang chuc ty lan khoi luong Mat Troi. Cac du an khao sat cho thay đa phan tai trung tam thien ha lon đeu ton tai it nhat mot lo đen khong lo.
Mac du theo đinh nghia no la vat the đen hoan toan hay vo hinh, su ton tai cua lo đen co the suy đoan thong qua tuong tac cua no voi moi truong vat chat xung quanh va buc xa nhu anh sang. Vat chat roi vao lo đen hinh thanh len vung boi tu, o đay vat chat va cham va ma sat voi nhau, tro thanh trang thai plasma phat ra buc xa cuong đo lon; khien moi truong bao quanh lo đen tro thanh mot trong nhung vat the sang nhat trong vu tru. Neu co mot ngoi sao quay quanh lo đen, hinh dang va chu ky quy đao cua no cho phep cac nha thien van tinh ra đuoc khoi luong cua lo đen va khoang cach đen no. Nhung du lieu nay giup ho phan biet đuoc thien the đac la lo đen hay sao neutron... Theo cach nay, nhieu lo đen đuoc phat hien ra nam trong he sao đoi, va tai trung tam Ngan Ha co mot lo đen khong lo voi khoi luong xap xi 4,3 trieu lan khoi luong Mat Troi.
Ly thuyet ve lo đen, noi co truong hap dan manh tap trung trong vung khong thoi gian nho, la mot trong so nhung ly thuyet can su tong hop cua thuyet tuong đoi tong quat mieu ta luc hap dan voi Mo hinh chuan cua co hoc luong tu. Va hien nay, cac nha ly thuyet van đang tren con đuong xay dung thuyet hap dan luong tu đe co the mieu ta vung ky di tai trung tam lo đen.
Su kien đo đuoc truc tiep đau tien ve song hap dan do nhom LIGO loan bao ngay 11 thang 2 nam 2016 cung đa chung minh truc tiep su ton tai he hai lo đen khoi luong sao quay quanh nhau va cuoi cung sap nhap đe tao thanh mot lo đen quay khoi luong lon hon.


Lich su nghien cuu Y tuong ve mot vat the khoi luong lon khien cho anh sang khong the thoat ra khoi no lan đau tien neu boi John Michell trong mot la thu gui toi Henry Cavendish o Hoi Hoang gia nam 1783:

"Neu ban kinh cua mot khoi cau voi cung khoi luong nhu Mat Troi, nho hon ban kinh cua Mat Troi voi ti le 500 tren 1, mot vat roi tu điem xa vo cung ve phia no se thu đuoc van toc tai luc cham be mat khoi cau lon hon toc đo anh sang; va gia su la anh sang bi hut voi cung mot luc ti le theo khoi luong quan tinh, giong nhu nhung vat khac, moi anh sang phat ra tu be mat cua khoi cau se quay tro lai no do luc hut hap dan cua khoi cau."
 Nam 1796, Pierre-Simon Laplace cung neu ra y niem nay trong an ban lan thu nhat va thu hai cua cuon sach Exposition du systeme du Monde (nhung no đa bi bo đi trong nhung lan an ban sau). Nhung "ngoi sao" toi nay sau đo bi lang quen vao the ky 19, do đa so cac nha vat ly nghi rang anh sang khong co khoi luong va khong the bi anh huong boi luc hap dan.


= Thuyet tuong đoi rong =
Nam 1915, Albert Einstein hoan thien thuyet tuong đoi rong, ma truoc đo ong đa tien đoan đuoc truong hap dan lam lech đuong đi cua tia sang. Chi hai thang sau khi cong bo ly thuyet, nha thien van hoc Karl Schwarzschild tim thay nghiem chinh xac đau tien cho phuong trinh truong Einstein, nghiem mieu ta truong hap dan cho mot khoi luong điem hoac khoi cau phan bo đeu trong "he toa đo cau" bon chieu. Vai thang sau Schwarzschild, Johannes Droste, luc đo la sinh vien cua Hendrik Lorentz, cung đoc lap đua ra nghiem tuong tu cho khoi luong điem va khao cuu them nhung tinh chat cua nghiem nay. Nghiem nay co mot tinh chat ky la ma ngay nay goi la ban kinh Schwarzschild, bien gioi ma tai đo khong thoi gian mieu ta boi toa đo Schwarzschild tro len gian đoan, hay mat bien nay chia he toa đo lam hai vung tach biet nhau; va luc đo cac nha vat ly nghi rang phuong trinh truong Einstein khong mieu ta tot tai ban kinh nay. Ho đa khong hieu thau đao ban chat cua be mat nay khi đo. Nam 1924, Arthur Eddington chung minh đuoc ban kinh nay bien mat cung nhu khong thoi gian se van lien tuc neu ong chon mot he toa đo khac (xem he toa đo Eddington–Finkelstein), đong thoi đo cong khong thoi gian tai ban kinh Schwarzschild co gia tri huu han van khong đoi giua cac he toa đo. Mac du phai đoi cho đen tan nam 1933, Georges Lemaitre moi nhan ra rang đieu nay co nghia la ky di tai ban kinh Schwarzschild la mot ky di toan hoc khong co y nghia vat ly.
Nam 1931, Subrahmanyan Chandrasekhar su dung thuyet tuong đoi hep cho chat khi Fermi cua vat the khong tu quay—hay ngay nay la sao lun trang cau tao bang vat chat chong đo boi ap suat tu cac electron—tinh ra đuoc neu tren mot khoi luong xap xi 1,4 khoi luong Mat Troi (ngay nay goi la gioi han Chandrasekhar) thi vat the se khong ton tai on đinh. Ket qua cua ong bi mot so nha vat ly cung thoi phan đoi nhu Eddington va Lev Landau, ma ong cho rang co mot co che chua biet lam dung qua trinh suy sup lai. Ho đa đung mot phan: sao lun trang co khoi luong hoi lon hon gioi han Chandrasekhar se suy sup hap dan thanh sao neutron, khi proton bi nen hap dan manh ket hop voi electron thanh neutron, ma vat chat neutron co the on đinh nho nguyen ly loai tru Pauli. Nhung vao nam 1939, Robert Oppenheimer cung hai nguoi khac chung minh rang, voi uoc tinh chat che hon sau nay, neu cac sao neutron co khoi luong xap xi tren 3 lan khoi luong Mat Troi (gioi han Tolman–Oppenheimer–Volkoff) thi chung cung khong the ton tai on đinh va nhanh chong suy sup hap dan nhu Chandrasekhar tung tien đoan, va ho ket luan rang khong mot đinh luat vat ly nao co the ngan can nhung loai sao khoi luong lon suy sup hap dan.
Oppenheimer va đong nghiep giai thich ky di tai ban kinh Schwarzschild nhu la mot bong bong voi thoi gian ngung lai tai bien nay. Quan điem nay chi đung voi nguoi quan sat đung o ben ngoai ban kinh Schwarzschild, nhung khong đung đoi voi mot nguoi roi qua bien va huong ve tam lo đen. Boi vi tinh chat nay, cac nha vat ly tung goi ngoi sao suy sup hap dan thanh "ngoi sao bi đong bang", boi vi quan sat vien đung o xa ben ngoai se thay hinh anh cua vat roi vao lo đen nhu dung lai tai phia ngoai sat bien gioi cua ban kinh Schwarzschild, va neu vat co phat ra anh sang thi anh sang đo se dan dan mo đi roi tat han, tuy vay đoi voi vat the roi vao tam lo đen no se chi mat mot thoi gian huu han đe đi qua chan troi su kien.


= Thoi ky vang =

Nam 1958, David Finkelstein mieu ta be mat Schwarzschild nhu mot chan troi su kien, "mot mang tuong tuong khong phuong huong hoan hao: nhung anh huong nhan qua chi co the đi qua mat theo mot huong nhat đinh". Nhan xet nay khong mau thuan voi ket qua cua Oppenheimer va đong nghiep, nhung cho phep mo rong chung sang quan điem cua quan sat vien đang roi vao trong lo đen. He toa đo cua Finkelstein mo rong nghiem Schwarzschild mieu ta nhung nguoi roi vao lo đen se thay cau truc khong thoi gian bien đoi nhu the nao trong qua trinh roi xuong. Martin Kruskal ngay sau đo neu ra phuong phap mo rong đay đu hoan toan cho nghiem nay.
Nhung ket qua nay la su khoi đau cho "thoi ky vang cua thuyet tuong đoi rong", do Kip Thorne đat ten, đanh dau thoi điem thuyet tuong đoi tong quat va vat ly lo đen tro thanh mot trong nhung huong nghien cuu chinh cua vat ly hoc hien đai. Trong thoi gian nay co them su kham pha ra pulsar nam 1967, ma sau đo vao nam 1969, Antony Hewish chi ra đay la nhung sao neutron quay rat nhanh quanh truc cua chung. Cho đen tan thoi điem đo, cac nha vat ly coi sao neutron, giong nhu lo đen, la nhung mau hinh ky la cua thuyet tuong đoi rong; nhung viec phat hien ra cac pulsar co nhung tinh chat vat ly lien quan đen mo hinh ly thuyet cung chung to nhung thien the đac thu vi khac phai hinh thanh tu su suy sup hap dan.
Trong thoi gian nay, them mot so nghiem chinh xac mieu ta lo đen đuoc tim ra. Nam 1963, Roy Kerr tim đuoc nghiem chinh xac cho mot lo đen đung yen quay quanh truc cua no. Hai nam sau, Ezra Newman tong quat hoa metric Kerr cho lo đen quay va mang đien tich. Va nhung nghien cuu tiep sau đo cua Werner Israel, Brandon Carter, va David Robinson dan mang lai đinh ly lo đen "khong co toc", phat bieu rang nghiem chinh xac mieu ta lo đen đung yen chi can ba tham so trong metric Kerr–Newman; khoi luong, đong luong quay, va đien tich la đu.
Ban đau, cac nha vat ly nghi rang nhung đac điem ki la cua cac metric mieu ta lo đen la do cach lua chon cac tinh chat đoi xung trong qua trinh tim loi giai cho phuong trinh truong Einstein, va do vay mien ky di xuat hien chi mang tinh nhan tao va khong mang y nghia vat ly trong moi tinh huong. Quan điem nay đuoc cac nha vat ly Vladimir Belinsky, Isaak Khalatnikov, va Evgeny Lifshitz ung ho khi ho co gang chung minh khong ton tai cac ky di trong nhung tinh huong noi chung. Tuy nhien, vao cuoi nhung nam 1960 Roger Penrose va Stephen Hawking su dung ki thuat toan cuc đe chung minh rang moi metric mieu ta lo đen đeu xuat hien ky di trong đo.
Nhung nghien cuu cua James Bardeen, Jacob Bekenstein, Carter, va Hawking trong đau thap nien 1970 đa khai sinh ra nganh nhiet đong luc hoc lo đen. Nhung đinh luat nay mieu ta cac tinh chat cua lo đen theo nhung đac điem tuong tu nhu cac đinh luat cua nhiet đong luc hoc boi lien he giua khoi luong va nang luong, dien tich chan troi su kien voi entropy, va hap dan be mat voi nhiet đo. Vao nam 1974, Hawking hoan thien cac lien he nay khi chung minh rang ly thuyet truong luong tu trong khong thoi gian cong tien đoan cac lo đen co phat ra cac buc xa—giong nhu vat đen o nhiet đo xac đinh phat ra buc xa nhiet—ty le voi hap dan be mat cua lo đen.
Thuat ngu "lo đen" do nha vat ly John Wheeler lan đau tien nhac toi trong mot bai giang nam 1967. Mac du cong đong khoa hoc coi ong la nguoi khai sinh ra thuat ngu nay, nhung ong luon noi rang ong lay ten goi nay tu mot nguoi khac goi ra y tuong cho ong. Truoc đo, bai bao đau tien su dung thuat ngu lo đen trong bai viet "Black Holes in Space" cua nha bao Ann Ewing, đe ngay 18 thang 1 nam 1964, đoc trong hoi nghi cua Hiep hoi My vi su phat trien khoa hoc AAAS. Sau khi Wheeler pho bien thuat ngu nay ra, no nhanh chong đuoc gioi khoa hoc va cong chung su dung rong rai.


Cac tinh chat va cau truc Đinh ly khong co toc phat bieu rang, luc đat đen đieu kien on đinh sau khi hinh thanh, mot lo đen đung yen chi can ba tham so vat ly đoc lap đe mieu ta no: khoi luong, đien tich, va mo men đong luong. Bat ky hai lo đen nao ma co cung nhung tinh chat vat ly nay, hay moi cap ba tham so bang nhau, thi khong the phan biet đuoc voi nhau theo co hoc co đien (hay la phi-luong tu).
Nhung tinh chat nay đac biet vi mot nguoi đung o ben ngoai lo đen se đo đuoc ba tham so nay. Vi du, mot ho đen mang đien tich se đay nhung lo đen khac mang đien tich cung dau khac giong nhu trong tinh đien hoc co đien. Tuong tu, tong khoi luong (theo nghia nang luong + khoi luong), khoi luong ADM, ben trong lo đen co the tim đuoc bang cach su dung đinh luat Gauss cho hap dan hoac quan sat quy đao cua cac vat the quay quanh no. Va đoi voi mo men đong luong, mot nguoi o xa co the xac đinh đuoc thong qua hieu ung keo he quy chieu gay boi su tu quay cua no (truong hap dan tu).
Khi mot vat roi vao lo đen, bat ky thong tin nao ve hinh dang, phan bo đien tich... cua vat đo hoan toan bien mat đoi voi quan sat vien đung o ngoai xa lo đen. Tinh chat cua chan troi su kien trong tinh huong nay nhu mot he tieu tan tuong tu voi mot mang hai chieu, tren đo hinh dung ton tai chat long co ma sat mang đien tich va dan đien, trong khong thoi gian bon chieu—hay mo hinh mang ve lo đen. Đac điem nay khac voi cac ly thuyet truong khac cua vat ly hoc nhu truong đien tu co đien, ma chung khong co ma sat hay đo dan đien o cap vi mo, boi vi chung tuan theo đoi xung thoi gian, trong khi mot vat roi vao lo đen thi khong the bay tro ra đuoc. Boi vi trang thai on đinh sau khi hinh thanh lo đen chi can mieu ta boi ba tham so, khong co cach nao đe tranh khoi mat thong tin ve nhung đieu kien ban đau: truong hap dan va đien tu cua lo đen cho rat it thong tin ve trang thai truoc khi hinh thanh no va ve nhung cai roi vao no. Vi du, mot ve tinh nhan tao hinh lap phuong roi vao lo đen thi chung ta chi biet đuoc, ve nguyen ly, lo đen tang them khoi luong bang khoi luong ve tinh con khong the biet đuoc ve tinh co hinh lap phuong hay hinh tru tron. Ngoai ra, co rat nhieu dang thong tin vat ly bi mat, nhung đai luong khong the đo đuoc boi mot nguoi đung o xa ben ngoai chan troi su kien, bao gom cac đai luong tuan theo đinh luat bao toan, so luong tu, so baryon va so lepton, so hat mang đien tich... Nhung đieu nay đuoc phat bieu toan hoc chi tiet hon o nghich ly thong tin bi mat trong lo đen.


= Tinh chat vat ly =

Loai lo đen đon gian nhat la chi co khoi luong ma khong co đien tich hay quay quanh truc cua no. Nhung lo đen nay đuoc mieu ta bang metric Schwarzschild mang ten Karl Schwarzschild, nguoi đa tim ra loi giai chinh xac cho phuong trinh cua thuyet tuong đoi tong quat nam 1916. Theo đinh ly Birkhoff, đay la nghiem mieu ta khong thoi gian vung chan khong ben ngoai mot khoi vat chat co dang đoi xung cau. Đieu nay co nghia la khong co su khac biet giua truong hap dan cua mot lo đen voi nhung vat the khac voi ban kinh lon hon dang cau co cung khoi luong. Hinh anh pho bien trong kien thuc đai chung ve mot lo đen đo la no hut moi thu xung quanh ve phia chan troi su kien cua no; xa ben ngoai lo đen, truong hap dan do lo đen lam cong khong thoi gian quanh no tro len yeu đi va giong voi truong hap dan cua vat the cau cung khoi luong.
Cung co nhung nghiem tong quat hon mieu ta gan voi thuc te cua lo đen. Lo đen dang cau mang đien tich đuoc mieu ta boi metric Reissner–Nordstrom, tuy vay trong vu tru đa so cac lo đen la trung hoa ve đien. Lo đen đung yen va quay quanh truc mieu ta theo metric Kerr. Mo hinh tong quat nhat cho lo đen đung yen, quay quanh truc va mang đien tich đo la metric Kerr–Newman, do Erza Newman tim ra.
Trong thuyet tuong đoi rong, khoi luong lo đen co the nhan mot gia tri duong bat ky, nhung gia tri đien tich va mo men đong luong bi gioi han theo gia tri khoi luong cua no. Trong đon vi Planck, tong đien tich Q va mo men đong luong toan phan J thoa man bat đang thuc

  
    
      
        
          Q
          
            2
          
        
        +
        
          
            (
            
              
                
                  J
                  M
                
              
            
            )
          
          
            2
          
        
        ≤
        
          M
          
            2
          
        
        
      
    
    {\displaystyle Q^{2}+\left({\tfrac {J}{M}}\right)^{2}\leq M^{2}\,}
  

voi M la khoi luong lo đen. Nhung lo đen co gia tri cac tham so thoa man dau bang cua bat đang thuc goi la cac lo đen cuc tri. Cung ton tai nhung nghiem cua phuong trinh truong Einstein vi pham bat đang thuc nay, nhung trong nghiem lai khong co mot chan troi su kien. Cac nha vat ly ly thuyet goi nhung nghiem nay la ky di tran trui, tuc la điem ky di ma nguoi o xa ben ngoai nhin thay đuoc no hay khong bi ngan can boi mot chan troi su kien. Nha toan ly Roger Penrose đua ra phong đoan kiem duyet vu tru khi ong cho rang, ngoai ky di Vu No Lon, thi khong ton tai ky di tran trui nao xuat hien sau qua trinh suy sup hap dan cua vat chat trong vu tru. Cac mo phong tren sieu may tinh cho ket qua ung ho gia thuyet nay.
Do cuong đo tuong đoi lon cua luc đien tu, cac lo đen hinh thanh tu su suy sup hap dan cua cac sao se trung hoa ve đien. Cung co lo đen sau khi hinh thanh chung quay rat nhanh quanh truc, mot tinh chat co the suy ra tu đinh luat bao toan mo men đong luong. Co kha nang trong he hai thien the, GRS 1915+105 voi mot nguon tia X manh chua lo đen, ma cac nha thien van đo đuoc van toc tu quay cua no đat xap xi gia tri cuc đai theo tinh toan tren ly thuyet cho mot lo đen.

Trong vat ly thien van, lo đen con đuoc phan loai theo khoi luong cua chung khong ke toi hai tham so kia; ngoai cach phan loai theo tinh chat la khoi luong, mo men đong luong J hay đien tich Q. Kich thuoc cua mot lo đen, nhu đuoc xac đinh bang ban kinh cua chan troi su kien, hay ban kinh Schwarzschild, ti le voi khoi luong M cua no

  
    
      
        
          r
          
            S
          
        
        =
        
          
            
              2
              G
              M
            
            
              c
              
                2
              
            
          
        
        ≈
        2
        ,
        95
        
        
          
            M
            
              M
              
                ⊙
              
            
          
        
         
        
          k
          m
        
      
    
    {\displaystyle r_{S}={\frac {2GM}{c^{2}}}\approx 2,95\,{\frac {M}{M_{\odot }}}~\mathrm {km} }
  

voi rS la ban kinh Schwarzschild va M la khoi luong Mat Troi. Lien he nay chi đung chinh xac cho lo đen khong quay quanh truc va khong co đien tich; đoi voi lo đen tong quat noi chung gia tri nay co the lon gap 2 lan.
Đen 2013, lo đen co khoi luong nho nhat tung đo đuoc la GRO J0422+32 voi xap xi 5 M, mac du nam 2008 cac nha khoa hoc NASA cong bo phat hien thien the XTE J1650-500 co khoi luong xap xi 3,8 lan khoi luong Mat Troi nhung sau đo cac ket qua đo đac lai chung to no co khoi luong it nhat 5–10 khoi luong Mat Troi. Mot so lo đen co khoi luong lon nhat bao gom: tai trung tam thien ha NGC 1277, cach Trai Đat 220 x 106 ly voi gia tri 17 x 109 M; he hai lo đen OJ 287 co khoi luong lan luot 100 x 106 va 17 ~ 18 x 109 M nam cach Trai Đat 3,5 x 109 ly; tai trung tam thien ha NGC 4889 cach Trai Đat 308 x 106 ly voi khoi luong 21 x 109 M (voi đo bat đinh 6 ~ 37 x 109 M).


= Chan troi su kien =

Be mat bieu kien cua lo đen đuoc đinh nghia tai chan troi su kien—bien gioi trong khong thoi gian ma khi vuot qua no vat chat va buc xa chi co the đi ve tam lo đen. Khong mot thu gi, ngay ca anh sang, co the tu trong lo đen thoat ra ngoai chan troi su kien. Chan troi su kien đuoc đinh nghia nhu vay boi vi đoi voi nhung su kien xay ra ben trong no, moi thong tin cua su kien khong the vuot ra ngoai đe đen đuoc mot quan sat vien o xa lo đen, khien cho nguoi đo khong the biet đuoc ben trong no la nhu the nao.
Thuyet tuong đoi tong quat tien đoan khoi luong lam uon cong khong thoi gian khien cho quy đao (hay đuong trac đia) cua hat hoac cua photon bi lech huong ve phia khoi luong đo. Tai chan troi su kien cua lo đen, đo cong khong thoi gian tro len rat lon khien cho khong mot đuong nao co the đi ra khoi lo đen.
Đoi voi mot nguoi o rat xa, ho se thay nhung đong ho cang gan lo đen chay cham hon so voi nhung đong ho nam xa hon. Do hieu ung nay, goi la su gian thoi gian do hap dan, quan sat vien o xa thay mot vat roi vao lo đen duong nhu chuyen đong cham dan đi khi no đen gan chan troi su kien, va can mot thoi gian vo han đe đen toi chan troi nay. Neu nhu vat phat ra anh sang xanh, thi quan sat vien o ngoai se thay anh sang cang đo hon va mo hon khi vat tien đen chan troi su kien, mot hieu ung ma cac nha vat ly goi la dich chuyen đo do hap dan. Tuy đoi voi nguoi o xa tuong chung nhu vat đo roi đen va đung yen tai noi gan bien gioi lo đen, nhung đoi voi vat the no chi can thoi gian huu han đe vuot qua chan troi lo đen.
Hinh dang cua chan troi su kien lo đen luon luon co dang xap xi hinh cau. Đoi voi lo đen đung yen khong quay, bien gioi lo đen co dang hinh cau. Neu lo đen đung yen va quay quanh truc thi no co dang hinh phong cau va theo cac phuong trinh toan hoc no co hai chan troi su kien.


= Vung ky di =

Mot đac điem cua thuyet tuong đoi tong quat đo la trong cac nghiem mieu ta lo đen, tai trung tam cua no co mot vung ky di hap dan, noi đo cong khong thoi gian co gia tri vo han (hay ky di đo cong). Đoi voi lo đen khong quay, vung nay chi la mot điem r = 0, va đoi voi lo đen quay, vung nay hinh thanh len vong tron ky di nam trong mat phang cua xich đao lo đen. Trong ca hai truong hop, vung ky di co the tich bang khong. Cac nha vat ly cung chung minh đuoc rang vung ky di chua toan bo khoi luong cua lo đen. Do vay co the coi vung nay co mat đo vat chat lon vo han.
Cach goi điem ky di hay vong tron ky di hap dan chi la ten goi cho de pho bien. Chung thuong đuoc bieu dien tren khong gian hai hay ba chieu nham de hinh dung bang truc giac. Con thuc te vung ky di nam trong khong thoi gian bon chieu, va "điem ky di" hap dan khong phai la điem hinh hoc Euclid nhu đinh nghia cua no.
Nhu phan tich o tren, chan troi su kien la mat bien trong metric mo ta lo đen tai r = rS, va duong nhu mot so gia tri vat ly tai mat nay (nhu thoi gian mot vat roi qua bien gioi lo đen đo boi nguoi o xa) co gia tri vo han. Nhung thuc chat no la mot mat đinh nghia bang thuan tuy toan hoc, xuat hien do viec lua chon he toa đo nham mieu ta khong thoi gian va khi lua chon he toa đo khac thi gia tri vo han mat đi tai mat nay (con goi la ky di toa đo). Nhung đoi voi vung ky di hap dan thi lai khac, cac nha vat ly khong the loai bo no bang cach chon mot he toa đo phu hop nao khac. Nhung ky di nay xuat hien va la thuoc tinh khong tranh khoi cua thuyet tuong đoi tong quat, voi cac metric mieu ta lo đen hay tai thoi điem khai sinh vu tru, ky di Big Bang.
Mot ve tinh kich thuoc nho đi vao lo đen Schwarzschild khong the tranh khoi cham vao vung ky di mot khi no đa bang qua chan troi su kien. Ve tinh chi co the lam cham qua trinh roi vao đen gan chan troi bang cach su dung đong co phan luc, nhung khi vuot qua no thi khong the cuu van đuoc. Khi ve tinh cham đen điem ky di, toan bo khoi luong cua no se hoa tron vao mat đo khoi luong vo han cua ky di lo đen. Truoc khi đen trung tam, vat the se trai qua tac đong cua luc thuy trieu len cau truc va bi xe tan nat thanh nhung manh vun nho.
Su xuat hien khong tranh khoi cua cac vung ky di hap dan trong metric khong thoi gian cua thuyet tuong đoi rong ham y ly thuyet chua hoan thien o cap vi mo. Tuy nhien, su mat hieu luc nay co the giai quyet đuoc khi tinh toi anh huong cua co hoc luong tu tai cap đo vi mo, o pham vi mat đo vat chat la rat lon va 4 tuong tac co ban giua cac hat khong the bo qua đuoc. Cho toi nay, van chua co mot ly thuyet nhat quan nao ket hop hieu qua giua co hoc luong tu va hieu ung hap dan thanh mot ly thuyet hoan chinh, mac du nhieu nha vat ly đa đua ra cac mo hinh khac ve mot ly thuyet goi chung la hap dan luong tu. Ho cung hi vong rang mot khi co đuoc ly thuyet nay thi nhung vung ky di se bien mat.


= Mat cau photon =

Mat cau photon la bien gioi han hinh cau ma nhung photon co huong cua vecto van toc tiep tuyen voi no se bi bay trong mot quy đao tron la đuong tron lon cua mat cau. Đoi voi lo đen khong quay, mat cau photon co ban kinh bang 1,5 lan ban kinh Schwarzschild rS. Tren ly thuyet, photon roi vao nhung quy đao nay se chuyen đong mai mai tren đo. Tuy nhien, ve mat đong luc, nhung quy đao nay khong on đinh, do vay bat ky mot nhieu loan nho nao (nhu cac hat photon tuong tac voi hat khac trong qua trinh roi vao lo đen) khien cho hat hoac co quy đao huong thoat ra ngoai hoac bi hut ve phia chan troi su kien.
Ben trong mat cau photon, khong the ton tai quy đao tron cho photon. Neu chieu tia sang ra ben ngoai thi no van co the thoat khoi anh huong cua lo đen, nhung neu chieu anh sang ve phia lo đen thi anh sang se bi no hap thu hoan toan. Do vay neu mot quan sat vien nhan đuoc anh sang phat ra tu phia trong mat cau photon thi chac chan nguon sang phai nam ben trong mat cau nay va van o phia ngoai chan troi cua lo đen.
Nhung sao đac khac, nhu sao neutron, ve mat ly thuyet neu no đac va nho hon nua, cung se co mot mat cau photon bao quanh. Đieu nay la do trong thuyet tuong đoi tong quat, truong hap dan la bieu hien su cong cua khong thoi gian va khong phu thuoc ban kinh cua vat the, cho nen bat ky mot thien the nao co ban kinh nho hon 1,5 rS tinh theo khoi luong cua no thi se co mot mat cau photon.
Đoi voi lo đen quay quanh truc mieu ta boi metric Kerr, ton tai hai quy đao tron gioi han cua photon đong phang voi mat phang xich đao lo đen va nhung quy đao khac khong đong phang, khong tron cho phep photon chuyen đong ban on đinh tren đo mac du nhung quy đao nay cung thuoc mot mat cau—hay quy đao cau. Đoi voi lo đen Kerr, tren mat phang xich đao, mot quy đao tron tuong ung voi cac photon chuyen đong theo huong cung voi chieu quay cua lo đen va nam gan lo đen hon, con vong tron kia tuong ung voi photon chuyen đong theo chieu nguoc lai va nam o xa lo đen.
Tuy nhung quy đao cua photon tren mat cau nay la khong on đinh, chung khong co y nghia vat ly do no chi xac đinh ranh gioi cuoi cung ma lo đen cho phep tia sang chuyen đong tron quanh no. Nhung mat cau va quy đao photon nay đong vai tro quan trong trong viec hinh thanh hinh anh quang hoc cua nhung đia vat chat boi tu bao quanh lo đen.


= Vung san cong =

Co mot vung khong thoi gian bao quanh lo đen quay ma khi vat nam trong vung nay no khong the đung im đuoc goi la mat cau san cong (ergosphere). Ket qua nay la do anh huong cua hieu ung keo he quy chieu; thuyet tuong đoi tong quat tien đoan rang mot vat quay quanh truc se "keo" khong thoi gian lan can vat đo. Vi vay bat ky vat nao nam gan khoi luong quay se bat đau chuyen đong xoay quanh vat trung tam theo chieu quay cua no. Đoi voi lo đen quay quanh truc, hieu ung tro len rat manh gan chan troi su kien khien ngay ca anh sang cung khong the chuyen đong nguoc voi chieu quay cua lo đen.
Vung san cong cua lo đen quay gioi han boi chan troi su kien (ngoai) va ben trong mot hinh cau det tiep xuc voi chan troi su kien tai hai cuc (xem hinh). Bien phia ngoai nay đoi khi con goi la mat san cong.
Cac vat va buc xa van co the thoat ra ben ngoai tu trong vung san cong, chung thoat ra theo huong quay cua lo đen đoi hoi it nang luong hon so voi thoat theo huong nguoc lai. Thong qua co che Penrose, co the thu nang luong tu lo đen quay bang cach gui cac vat tu xa ben ngoai vao vung san cong. Khi vat o trong vung nay thuc hien mot cach nao đo tach no ra lam hai vat, sao cho mot vat roi vao lo đen con vat kia ban ra khoi vung san cong. Penrose tinh toan đuoc kha nang vat ban ra co nang luong lon hon vat gui vao. Nang luong lay đi nay lam lo đen quay cham dan lai theo thoi gian, va khi no ngung quay thi se khong ton tai vung san cong nua.


= Đi vao ben trong lo đen va du hanh thoi gian =

Xem them mo phong đi vao lo đen tai trang jila.colorado.edu
Moi thu roi qua chan troi lo đen vao vung ky di đeu bi pha huy hoan toan. Nhung gia su co nha du hanh vu tru mao hiem bat đau tien gan tham do mot lo đen sieu khoi luong bang con tau cua minh. Luc o xa, nguoi đo va con tau o trong trang thai khong trong luong vi luc hap dan kha yeu, co the anh ta cung khong cam thay co luc keo nao.
Đoi voi lo đen cang lon, luc thuy trieu gan chan troi su kien cang yeu hon so voi lo đen nho hon. Đieu nay cho phep con tau co kha nang tiep can bien gioi lo đen. Gia su nha du hanh ngoi lai voi chan anh ta huong ve lo đen. Cang gan bien gioi, nha du hanh cam thay ro ret luc thuy trieu tac đong len phia chan manh hon so voi phan đau. Gia su con tau va nha du hanh chiu đuoc suc ep va keo; va bang qua chan troi su kien lo đen. Trong con tau, noi he toa đo la cuc bo, anh ta se khong biet khi nao hay cam giac gi luc con tau bang qua mat bien nay (ngoai tru luc thuy trieu).

Trong luc đi vao, neu anh ta nhin nguoc ra phia ngoai vu tru, nha du hanh se thay cac ngoi sao nam lech khoi vi tri cua chung, cang vao sau thi cac ngoi sao cang sang hon va nam gan nhau hon. Đieu nay la do lo đen lam uon cong khong thoi gian va hieu ung dich chuyen buoc song do hap dan lam buoc song tia sang phat ra tu cac ngoi sao bi hut ve lo đen dich chuyen ve phia tim nhieu hon. Khi đa bang qua chan troi, chi het thoi gian huu han đo o trong con tau, anh ta cung con tau se khong tranh khoi bi pha huy boi hieu ung thuy trieu cuc manh va hoa vao vung ky di cua lo đen.
Con đoi voi nguoi o ngoai xa lo đen, thong qua tin hieu con tau phat ra (hay hinh anh cua no), ho se thay con tau roi cham dan ve phia chan troi su kien. Tin hieu nhan đuoc se chuyen dan tu buoc song ngan sang buoc song dai hon hay dich chuyen đo hon. Va duong nhu phai đoi rat lau (gan nhu lau vo han, đo boi đong ho nam rat xa lo đen) đe thay con tau roi qua bien gioi lo đen. Nguoi o xa nhan đuoc tin hieu co buoc song cang luc cang dai, đen khi thiet bi cua ho khong con kha nang thu đuoc buoc song dai đo nua thi coi nhu hinh anh va tin hieu con tau đa bien mat.
Trong truong hop cua lo đen tich đien (Reissner–Nordstrom) hay lo đen quay quanh truc (Kerr), khi roi vao chung, ve ly thuyet co the tranh đuoc vung ky di hap dan. Bang cach mo rong mieu ta toan hoc nhung nghiem nay len muc tong quat nhat co the, cac nha vat ly nhan thay co kha nang mot nguoi đi vao nhung lo đen nay se thoat sang mot vung khong thoi gian khac, va luc nay lo đen tro thanh mot chiec cong noi hay la lo sau đuc. Tuy nhien xac suat đe du hanh sang mot vu tru khac la rat thap do chi can mot nhieu loan nho trong lo đen se ngay lap tuc pha huy chiec cau noi nay va thay vao đo nguoi đo se roi tro lai vung ky di hap dan. Cung co mot kha nang cho phep du hanh theo nhung cung đong kieu thoi gian (hay la quay nguoc tro lai qua khu cua chinh nha du hanh) xung quanh vong ky di cua lo đen Kerr, nhung no lai dan đen nhung van đe nguyen nhan—ket qua nhu nghich ly ong noi (nguoi chau co kha nang tro ve qua khu va gap lai ong noi cua minh). Cac nha ly thuyet cho rang khong the ton tai nhung kha nang ki la nay mot khi tinh đen nhung hieu ung luong tu cho lo đen mang đien tich hoac quay quanh truc.
Neu nhu nha du hanh thay vi đi thang vao lo đen, anh ta lai con tau quay quanh no rat nhieu vong thi hieu ung gian thoi gian do hap dan lam cho thoi gian troi trong con tau cham hon so voi thoi gian đo boi đong ho o rat xa lo đen. Sau khi quay đu nhieu vong, con tau roi lo đen va tro ve noi xuat phat. Luc nay nha du hanh co đo tuoi tre hon nhieu so voi nhung nguoi tai đay, va coi nhu anh ta đa du hanh đen tuong lai cua chinh minh.


Su hinh thanh va tien hoa Cac ho đen co the hinh thanh khi mot ngoi sao khong lo bung phat ra nhien lieu hat nhan va sup đo duoi trong luc rieng cua no. Neu ngoi sao đu lon khong co luc nao co the chong lai luc hap dan ngay cang tang, va no se sup đo đen mot điem mat đo vo han. Truoc khi đat đen giai đoan nay, trong pham vi ban kinh nhat đinh (chan troi su kien) ban than anh sang tro nen bi mac ket va vat the tro nen vo hinh.

Voi nhung tinh chat ky la cua lo đen nhu đa neu, mot cau hoi tu nhien xuat hien la nhung thien the ki quai nay co ton tai trong tu nhien hay chung chi la nhung nghiem toan hoc trong phuong trinh Einstein. Nam 1939, trong mot bai bao cua Einstein, ong nghi la lo đen khong hinh thanh trong vu tru, voi lap luan rang mo men đong luong quay cua cac hat trong qua trinh suy sup giup on đinh chung tai mot so ban kinh nhat đinh. Nhung chi vai thang sau, Oppenheimer va cong su lan đau tien chi ra kha nang lo đen hinh thanh nhu the nao bang thuyet tuong đoi tong quat. Khi Schwarzschild tim ra nghiem cua ong, ban đau cac nha vat ly nghi rang lo đen co the ton tai tuan theo cac đinh luat vat ly. Sau đo, trong nhieu nam Einstein va cong đong vat ly lai nghi no khong ton tai, chi co mot so nguoi moi nghiem tuc quan tam đen cau hoi ve su ton tai cua thuc the nay va cho đen cuoi thap nien 1950, ho đa chung minh đuoc khong the co gi can tro nhung ngoi sao khoi luong lon suy sup tro thanh lo đen bao boi chan troi su kien.
Khi chan troi su kien hinh thanh trong giai đoan suy sup, Penrose chung minh đuoc la vung ky di hap dan cung phai hinh thanh o ben trong no. Ngay sau đo, Hawking chi ra rang cac mo hinh mieu ta vu tru ve thoi điem Vu No Lon cung xuat hien nhung ky di hap dan ma khong can đen dang vat chat la nao (xem Cac đinh ly ve điem ky di Penrose–Hawking). Metric Kerr, đinh ly "khong co toc" cac đinh luat cua nhiet đong hoc lo đen cho thay cac tinh chat vat ly cua lo đen la đon gian va co the nam bat đuoc, luc nay cac thien the đac tu nhung đoi tuong ly thuyet tro thanh nganh nghien cuu cua thien van vat ly. Qua trinh co ban hinh thanh lo đen đo la su suy sup hap dan cua nhung thien the khoi luong lon nhu cac ngoi sao gia..., nhung cung co nhung qua trinh khac dan đen hinh thanh lo đen. Thong qua quan sat tai buoc song vo tuyen, hong ngoai va tia X...tren mat đat hay tu cac đai quan sat ve tinh đa chung to la lo đen qua thuc ton tai trong vu tru.


= Suy sup hap dan =

Giai đoan suy sup hap dan xuat hien khi ap suat trong long vat the khong con đu lon đe chong lai luc hut hap dan cua chinh no. Đoi voi ngoi sao, qua trinh nay xuat hien hoac la do no co qua it "nhien lieu" con lai đe duy tri nhiet đo thong qua cac phan ung tong hop hat nhan sao, hoac boi vi ngoi sao nhan them vat chat tu moi truong hoac tu sao đong hanh khien cho luc hap dan cua no lon hon ap suat trong long ngoi sao. Trong ca hai truong hop, ap suat khong đu lon đe ngan can su suy sup hap dan duoi chinh khoi luong cua no. Qua trinh suy sup co the dung lai boi "ap suat luong tu" cua cac thanh phan hat vat chat trong ngoi sao, hinh thanh len dang vat chat voi mat đo rat lon trong no. Ket qua nay mang lai co mot so kieu sao đac khac nhau. Kieu sao đac hinh thanh phu thuoc vao khoi luong vat chat con lai sao khi nhung lop ben ngoai đa bi thoi bay đi, nhu tu vu no sieu tan tinh hoac boi gio sao thoi vat chat vao moi truong lien sao tao nen tinh van hanh tinh. Do vay khoi luong tan du thuong nho hon rat nhieu khoi luong cua sao goc—vi du nhung thien the tan du co khoi luong tren 5 lan khoi luong Mat Troi hinh thanh tu nhung ngoi sao ban đau co khoi luong tren 20 lan khoi luong Mat Troi truoc khi no suy sup hap dan.
Neu khoi luong tan du vuot hon 3–4 khoi luong Mat Troi (gioi han Tolman–Oppenheimer–Volkoff)—do boi ngoi sao goc co khoi luong rat lon hoac do boi thien the tan du tich tu them vat chat thong qua đia boi tu—thi ngay ca ap suat luong tu cua cac hat neutron (tuan theo nguyen ly loai tru Pauli) la khong đu lon đe ngan can luc hap dan đe tien toi suy sup hap dan. Khong mot co che nao khac (ngoai tru kha nang ap suat gay boi vat chat quark, xem sao quark) đu manh đe ngan can su no vao ben trong va thien the đac khong the tranh khoi hinh thanh len lo đen.
Cac nha vat ly ly thuyet cho rang cac lo đen khoi luong sao hinh thanh tu qua trinh suy sup hap dan cua cac ngoi sao goc khoi luong lon. Su hinh thanh sao trong luc vu tru con so khai co the dan đen nhung ngoi sao co khoi luong rat lon, voi giai đoan cuoi đoi cua chung tao ra nhung lo đen khoi luong co ~102 khoi luong Mat Troi. Nhung lo đen nay co the la mam hinh thanh len lo đen sieu khoi luong thuong tim thay tai trung tam cua cac thien ha.
Trong khi đa so nang luong giai phong trong qua trinh suy sup hap dan phat ra rat nhanh, mot nguoi o xa ben ngoai khong thuc su nhin thay qua trinh nay ket thuc. Ngay ca khi no chi dien ra trong mot thoi gian huu han đoi voi he quy chieu cua vat chat đang roi suy sup, quan sat vien o xa se thay vat chat roi ve trung tam cham dan va dung lai ngay truoc chan troi su kien, do hieu ung "gian thoi gian do hap dan". Anh sang phat ra tu vat chat co sup cang mat thoi gian lau hon đe đen đuoc vung ben ngoai, voi anh sang phat ra ngay truoc khi vat chat bang qua chan troi su kien mat khoang thoi gian gan vo han đe toi đuoc quan sat vien. Do vay, nguoi nay se khong the nhin thay hinh thanh chan troi su kien cua lo đen. Vat chat suy sup theo thoi gian tro len mo hon va buoc song anh sang phat ra dich chuyen ve phia đo nhieu hon va cuoi cung tan lui đi, khong con thu anh sang nao nua.


 Lo đen nguyen thuy sau Vu No Lon  Suy sup hap dan đoi hoi mat đo vat chat lon. Trong ky nguyen hien tai cua vu tru nhung mat đo cao nay chi ton tai trong cac sao, nhung vao luc vu tru moi hinh thanh sau Vu No Lon mat đo vat chat luc đo rat cao, voi kha nang cho phep hinh thanh cac lo đen nguyen thuy. Neu chi co mat đo cao khong thoi thi chua đu đe cho phep hinh thanh lo đen boi vi su phan bo khoi luong đong đeu khong khien vat chat tich tu lai voi nhau. Đe nhung lo đen nguyen thuy hinh thanh trong moi truong đam đac nay, ban đau phai co su thang giang mat đo cho phep vat chat tich tu lai voi nhau nho luc hap dan. Cac mo hinh khac nhau ve thoi ky so khai cua vu tru cho nhung tien đoan khac nhau ve muc đo thang giang nay. Mot so mo hinh tien đoan cac lo đen nguyen thuy se hinh thanh, tu cap đo khoi luong Planck cho đen hang tram lan khoi luong Mat Troi. Lo đen nguyen thuy co the tham gia vao qua trinh hinh thanh len lo đen khoi luong trung gian va lo đen sieu khoi luong.


= Hinh thanh tu cac hat va cham nang luong cao =

Ngoai qua trinh suy sup hap dan hinh thanh len lo đen, ve nguyen ly thi nhung va cham hat nang luong cao trong cac may gia toc cung co the hinh thanh lo đen khi đat mat đo cho phep. Cho đen 2013, chua mot su kien nao đuoc xac nhan, truc tiep hay gian tiep, mot lo đen sieu nho hinh thanh trong cac may gia toc hat. Ve mat ly thuyet, gioi han khoi luong cho phep hinh thanh lo đen sieu nho nam trong khoang khoi luong Planck (mP = √ħc/G ≈ 12×1019 GeV/c2 ≈ 22×10−8 kg), noi cac hieu ung luong tu co anh huong đang ke. Gioi han nay cho thay trong muc hoat đong hien nay cua mot so may gia toc thi khong co kha nang sinh ra cac lo đen sieu nho. Mat khac, mot so ly thuyet ve hap dan luong tu cho ket qua khoi luong Planck co the con co gia tri thap hon: co mo hinh "the gioi brane" tinh ra gia tri nay bang 1 TeV/c2. Đieu nay cho phep cac lo đen vi mo co the sinh ra trong tich tac tai nhung va cham nang luong cao cua LHC tai CERN, hoac chung co the sinh ra tu nhung tia vu tru nang luong cao đi vao bau khi quyen Trai Đat. Mac du cac ly thuyet la rat goi mo, nhung mot so nha vat ly khong ung ho cho kha nang xuat hien cac lo đen sieu nho trong cac may gia toc nhan tao. Ngay ca khi nhung lo đen nay hinh thanh, theo ly thuyet chung se nhanh chong boc hoi voi khoang thoi gian 10−25 giay, va khong gay anh huong đen Trai Đat. Su hinh thanh lo đen vi mo cung lien quan toi phong đoan vong ve chu vi gioi han cua vat the sau qua trinh va cham hoac suy sup.


= Phat trien va sap nhap =

Trong thoi gian ton tai cua lo đen, no co the tang them khoi luong bang qua trinh hut vat chat tu khong gian xung quanh vao. No se lien tuc hap thu khi va bui lien sao tu moi truong xung quanh va ca buc xa nen vi song vu tru. Qua trinh hap thu khoi luong la mot trong nhung qua trinh co ban hinh thanh len lo đen sieu khoi luong. Va co the qua trinh nay cung ap dung cho cac lo đen khoi luong trung gian nam o cac cum sao cau.
Mot co che khac đo la lo đen sap nhap voi cac thien the khac nhu sao hay chinh lo đen. Qua trinh nay đac biet quan trong vi no mang lai kha nang giai thich hop ly tai sao lai co nhung lo đen khong lo, ma chung hinh thanh tu viec sap nhap nhieu lo đen nho hon. Cac lo đen khoi luong khong lo nam tai tam moi thien ha co the sap nhap voi nhau trong giai đoan hai thien ha va cham va sap nhap, va qua trinh nay co the xay ra đoi voi lo đen khoi luong trung gian, nhu Omega Centauri.
Qua trinh thu hut vat chat ve phia lo đen se hinh thanh len mot đia sang boi tu chua vat chat trang thai plasma nong hang trieu đo, va vung nay phat ra nguon tia X rat manh. Chop tia gamma thu đuoc tu cac đai quan sat ve tinh phat ra tu nhung nguon o rat xa cung co the giai thich tu qua trinh sap nhap hai sao đac hoac boi lo đen hut cac sao đac khac. Thong qua nguon tia X ma cac nha thien van co the nhan biet ra su ton tai cua lo đen.
Hai lo đen quay quanh nhau se phat ra song hap dan mang nang luong cua he đi. Do mat nang luong, chung se co quy đao cang gan nhau hon, cuoi cung khi hoa nhap lai se hinh thanh mot lo đen khoi luong lon hon va quay rat nhanh quay truc. Lo đen moi co the bi đay ra khoi vung cua hai lo đen ban đau voi van toc co 400 km/s, va tham chi sau thoi gian dai no co the thoat khoi thien ha ban đau.


= Boc hoi =

Nam 1974, Hawking chung minh rang lo đen khong hoan toan đen ma co phat ra mot luong nho buc xa nhiet; mot hieu ung ma ngay nay goi la buc xa Hawking. Bang cach ap dung ly thuyet truong luong tu cho mot lo đen đung yen trong khong thoi gian, ong xac đinh đuoc no se phat ra cac hat trong pho buc xa vat đen tuyet đoi. Tu sau bai bao cua Hawking, nhieu nguoi đa xac nhan ket qua theo nhieu cach tiep can khac nhau. Neu ly thuyet cua Hawking ve lo đen buc xa la đung, thi cac lo đen se giam dan khoi luong va boc hoi sau mot thoi gian boi vi chung mat khoi luong thong qua nang luong cua cac hat phat ra. Nhiet đo cua pho buc xa (nhiet đo Hawking) ty le voi gia tri hap dan be mat cua lo đen, ma đoi voi lo đen Schwarzschild, nhiet đo ty le nghich voi khoi luong cua no. Do vay, cac lo đen khoi luong lon phat ra it buc xa hon so voi lo đen khoi luong nho hon.
Gia su mot lo đen co khoi luong bang khoi luong Mat Troi thi no co nhiet đo Hawking bang 100 nanokelvin. Gia tri nay nho hon han nhiet đo 2,7 K cua buc xa nen vi song vu tru. Do đo lo đen khoi luong sao hay lon hon se nhan them khoi luong tu buc xa nen vu tru so voi luong nho buc xa Hawking chung phat ra, va vi vay chung lon len thay vi nho dan đi. Đe co nhiet đo Hawking lon hon 2,7 K (va cho phep boc hoi), lo đen phai co khoi luong nho hon khoi luong Mat Trang. Nhung lo đen nay chi co đuong kinh be hon 1/10 cua milimet.
Lo đen cang nho thi hieu ung buc xa cang manh. Mot lo đen co khoi luong bang nguoi binh thuong se ngay lap tuc boc hoi. Lo đen khoi luong bang chiec o to co đuong kinh khoang 10−24 m boc hoi xap xi sau 1 nano giay, luc đo no se phat sang gap 200 lan đo sang Mat Troi. Lo đen nho hon co thoi gian boc hoi ngan hon nua; lo đen khoi luong 1 TeV/c2 chi can it hon 10−88 giay đe bien mat. Đoi voi nhung lo đen vi mo, cac nha khoa hoc ky vong hieu ung hap dan luong tu tro len đang ke—mac du nhung phat trien hien tai khong cho thay đieu nay—va tren ly thuyet cho phep nhung lo đen vi mo co the ton tai on đinh. Tuy lo đen co the boc hoi theo ly thuyet, nhung no khong the tach thanh hai lo đen nho hon, lo đen chi co the sap nhap voi nhau.


Quan sat Theo tinh chat cua lo đen, no khong truc tiep phat ra bat ky mot tin hieu nao ngoai gia thiet buc xa Hawking; do trong pham vi thien van vat ly buc xa Hawking la rat yeu, cho nen khong the quan sat thay buc xa nay tu Trai Đat. Truong hop ngoai le cho buc xa Hawking đo la giai đoan cuoi cung cua nhung lo đen nguyen thuy boc hoi phat ra no; mac du chua tim kiem thanh cong va đieu nay đat ra gioi han cho kha nang ton tai buc xa nay tu nhung lo đen nguyen thuy. Kinh thien van khong gian tia gamma Fermi cua NASA phong len 2008 voi mot trong nhung muc đich cua no la thu thap nhung tin hieu nay.
Quan sat thien van vat ly ve lo đen phai dua tren nhung quan sat gian tiep. Su ton tai cua lo đen co the suy ra tu cac anh huong hap dan cua no voi moi truong xung quanh. Mot trong so nhung cuoc khao sat đo la du an "Kinh thien van Chan troi su kien" hop tac giua cac to chuc quoc te đang no luc lan đau tien quan sat truc tiep đuoc vung bao quanh chan troi su kien cua lo đen.


= Đo song hap dan tu hai ho đen sap nhap =

Ngay 14 thang 9 nam 2015, hai Tram quan sat song hap dan bang giao thoa ke laser LIGO đa đo đuoc truc tiep song hap dan. Tin hieu thu đuoc khop voi du đoan bang ly thuyet va mo phong may tinh cho song hap dan phat ra tu su sap nhap cua hai lo đen: mot ho đen co khoi luong 36 lan khoi luong Mat Troi, va ho đen kia co khoi luong 29 lan khoi luong Mat Troi (đo trong he quy chieu gan voi he). Quan sat nay cung cap chung cu cu the nhat cho su ton tai cua lo đen cho toi ngay nay. Vi du, tin hieu song hap dan goi ra rang khoang cach giua hai vat the truoc va cham chi bang 350 km (hay gan bang 4 lan ban kinh Schwarzschild tuong ung voi khoi luong cua vat the). Hai vat the nay tu đo phai cuc ky đac, đe lai cach giai thich hop ly nhat chung phai thuc su la cac ho đen.
Quan trong hon, tin hieu đo đuoc boi LIGO cung thu đuoc giai đoan sau sap nhap (ringdown), tin hieu phat ra tu vat the đac moi hinh thanh nhanh chong tat toi trang thai dung (neu khong phai la lo đen, tin hieu sau va cham se thang giang rat lon boi su kien va cham cua hai vat the co khoi luong co nhu the). Co the noi, tin hieu dao đong tat lim nhanh chong sau va cham la cach truc tiep nhat đe khang đinh đo la mot lo đen. Tu du lieu cua LIGO, co the phan tich ra tan so va thoi gian tat cua giai đoan ringdown nay. Tu tan so va toc đo bien thien tan so đo đuoc o giai đoan nay, cac nha vat ly tinh ra đuoc khoi luong va mo men đong luong cua vat the cuoi cung, ma gia tri tinh đuoc khop mot cach đoc lap voi mo phong bang sieu may tinh cua su kien va cham va sap nhap. Tan so va khoang thoi gian bien thien cua mot đien hinh đuoc xac đinh boi hinh hoc cua mat cau photon. Vi vay, quan sat mot nay xac nhan su co mat cua mat cau photon, tuy nhien no khong the ngoai tru kha nang ky la khac thay cho ho đen ma vat the đu đac đe co mot mat cau photon.
Quan sat nay cung lan đau tien cung cap bang chung thuc nghiem ve su ton tai cua cap lo đen khoi luong sao. Hon nua, đay la chung cu thuc te đau tien ve nhung lo đen co khoi luong lon hon 25 lan khoi luong Mat Troi.


= Đia boi tu vat chat =

Theo đinh luat bao toan mo men đong luong, khi va bui roi vao "gieng hap dan" cua vat the lon se hinh thanh len cau truc dang đia chua plasma bao quanh vat the. Plasma tiep xuc ma sat voi nhau do mo men đong luong truyen tu ben ngoai vao, dan đen giai phong nang luong duoi dang buc xa đien tu va lam tang nhiet đo cua đia boi tu len hang trieu đo. Nguon buc xa song ngan phat ra tu vung boi tu cua sao lun trang, sao neutron hoac lo đen cho phep cac kinh thien van phat hien ra nguon nay. Qua trinh boi tu la mot trong nhung qua trinh san sinh nang luong hieu qua nhat tung đuoc biet; toi khoang 40% khoi luong nghi cua vat chat trong đia bi bien đoi thanh dang nang luong buc xa. (o cac phan ung tong hop hat nhan chi khoang 0,7% khoi luong nghi giai phong duoi dang nang luong buc xa.) Trong nhieu truong hop, đia boi tu thuong đi kem voi chum tia tuong đoi tinh phat ra doc hai cuc cua thien the đac, mang theo nang luong voi cac hat co van toc rat lon. Cac nha vat ly van chua hieu thuc su co che hinh thanh nhung tia nay.
Mot trong nhung co che ly giai hinh thanh cac tia phat ra tu hai cuc lo đen đo la do su ket hop giua vung san cong va tu truong lo đen tac đong len cac hat vat chat roi ve lo đen, mot so roi qua chan troi su kien, mot so vat chat ban nguoc ra ben ngoai tao nen hai tia đoi cuc.
Nhieu hien tuong nang luong cao trong vu tru co nguon goc tu đia boi tu vat chat quanh lo đen. Đac biet, nhan thien ha hoat đong hoac quasar đuoc cho la do buc xa phat ra tu đia vat chat bao quanh lo đen sieu khoi luong. Tuong tu, nguon tia X trong nhung he sao đoi xuat phat tu mot trong hai thien the la sao đac voi đia boi tu. Mot so nguon tia X sieu sang co the la cac vung boi tu quanh lo đen khoi luong trung gian. Do hieu ung luc thuy trieu, nhiet đo trong cac đia boi tu cua lo đen khoi luong sao lon hon nhiet đo cua đia boi tu o lo đen sieu khoi luong. Pho buc xa manh nhat phat ra tu vung boi tu cua lo đen sieu khong lo la mien tu ngoai, trong khi đoi voi cac lo đen khoi luong sao la mien tia X. Tuy vay, đo sang phat ra tu vung lan can quanh lo đen sieu khoi luong lai sang hon hang tram nghin ty lan Mat Troi, trong khi đoi voi lo đen khoi luong sao la hang trieu lan đo sang Mat Troi.


= Nguon tia X trong he sao đoi =

Nguon tia X trong he sao đoi thuoc ve he thong sao đoi voi nang luong phat ra chu yeu trong pho cua tia X. Đa phan nhung nguon nay la do mot trong nhung sao đac boi tu vat chat lay tu sao đong hanh trong he. Su co mat cua nhung ngoi sao đong hanh trong cac he nay cho phep cac nha thien van co co hoi nghien cuu chi tiet thien the đac trung tam va co the la lo đen.
Neu tin hieu phat ra thuoc ve thien the đac (bo qua tin hieu thuoc ve vung boi tu), thi thien the nay khong the la lo đen. Tuy nhien, neu thien the đac khong phat ra tin hieu nao, thi van chua the loai tru kha nang no la mot sao neutron. Bang cach nghien cuu sao đong hanh cho phep đo va tinh ra cac tham so quy đao cua he, tu đo cac nha thien van co the tinh ra khoi luong cua thien the đac. Neu gia tri nay lon hon gioi han Tolman–Oppenheimer–Volkoff (khoi luong lon nhat ma mot sao neutron co the đat đuoc sau giai đoan suy sup hap dan) thi vat the đac khong the la sao neutron ma xac suat cao đo la mot lo đen.

Kha nang thuyet phuc manh đau tien ve mot lo đen ton tai, Cygnus X-1, do nha thien van Charles Thomas Bolton, Louise Webster va Paul Murdin phat hien nho vao phuong phap nay nam 1972. Tuy nhien, ban đau co nhung sai so trong ket qua đo va khoi luong cua sao đong hanh co gia tri tuong đoi lon. Hien tai, nhieu ung cu vien la lo đen đuoc tim thay trong lop cac he sao đoi tia X goi la nguon chuyen tiep tia X nang luong thap (soft X-ray transients). Trong lop nay, khoi luong cua sao đong hanh kha thap cho phep uoc luong chinh xac hon khoi luong cua lo đen. Hon nua, moi lan tia X phat ra tu nhung he nay chi co thoi gian trong vai thang voi khoang chu ky 10–50 nam. Trong thoi gian nguon tia X ngung phat hoac yeu, vung boi tu tro len rat mo cho phep thuc hien quan sat chi tiet ve sao đong hanh. Mot trong nhung he nhu the la V404 Cyg.


 Thoi gian ngung hoat đong  Su mo nhat cua đia trong thoi gian no ngung hoat đong co the la nguyen nhan luong vat chat o vao giai đoan lanh đi (ADAF). Trong giai đoan nay, đa phan nang luong cua plasma trong đia bi giam giu doc theo luong hat hon la phat ra theo moi phia. Neu mo hinh nay la đung, thi đay la mot trong nhung bang chung thuc nghiem chung to ton tai chan troi su kien. Boi vi, neu vat the o trung tam cua đia boi tu co be mat ran, no se phat ra mot luong lon buc xa nang luong cao khi khi va plasma va đap xuong be mat cua no, mot hieu ung đa đuoc quan sat o sao neutron trong cung trang thai nay. (xem mo phong nguon tia X cua hai lo đen GRS 1915 va IGR J17091 ve khoang thoi gian ngung phat tia X.)


 Dao đong gan tuan hoan  Buc xa tia X tu đia boi tu đoi khi lap lai theo nhung khoang gan đeu đan trong pho thu đuoc. Nhung tin hieu nay đuoc goi la dao đong gan tuan hoan va kha nang chung phat ra tu vung trong cung cua đia boi tu (noi quy đao tron on đinh cua hat co ban kinh nho nhat—quy đao nay trong lo đen Schwarzschild co gia tri 3rS, lon hon quy đao cua photon). Nhung tan so tia X nay co lien he voi khoi luong cua thien the đac va la phuong phap khac đe xac đinh khoi luong cua lo đen. (xem mo phong nguon tia X cua hai lo đen GRS 1915 va IGR J17091 ve su lap lai gan tuan hoan cua cuong đo tia X.)


= Nhan thien ha =

Cac nha thien van hoc su dung thuat ngu "thien ha hoat đong" đe mieu ta cac thien ha voi nhung đac trung khac la, nhu vach quang pho phat xa bat thuong hay buc xa vo tuyen manh. Nhung nghien cuu ly thuyet va quan sat cho thay su hoat đong trong cac nhan thien ha co the giai thich boi ton tai cac lo đen sieu khoi luong. Cac mo hinh ve nhan thien ha hoat đong (AGN) bao gom mot lo đen trung tam voi khoi luong vai trieu đen hang ty lan khoi luong Mat Troi; mot đia boi tu gom khi va bui lien sao bao quanh; va hai luong tia tuong đoi tinh phong ra gan vuong goc voi mat phang đia.
Cac nha thien van cho rang cac lo đen khong lo se đuoc tim thay tai trung tam thien ha hoat đong, mac du chi mot so nhan thien ha đa đuoc nghien cuu ky luong nham phat hien va đo đac khoi luong cua lo đen nam o trung tam. Nhung thien ha noi bat voi kha nang chua lo đen sieu khoi luong bao gom thien ha Andromeda, M32, M87, NGC 3115, NGC 3377, NGC 4258, NGC 4889, NGC 1277, OJ 287, APM08279+5255 va thien ha Sombrero.
Ngay nay, phan lon cong đong thien van hoc đeu cong nhan rang khong chi tai cac thien ha hoat đong, ma đa so cac thien ha lon đeu chua it nhat mot lo đen sieu khoi luong. Co mot moi lien he trong thuc nghiem giua khoi luong cua lo đen va van toc quay cua cho phinh thien ha chua no, hay lien he M-sigma, cho biet moi lien he giua su hinh thanh cua lo đen cung nhu khoi luong cua chung voi qua trinh tien hoa thien ha.


= Chuyen đong rieng cua cac ngoi sao quanh Sagittarius A* =
Hien tai, co nhung bang chung thuyet phuc ve mot lo đen khong lo tai trung tam cua Ngan Ha, thong qua viec nghien cuu chuyen đong rieng cua cac ngoi sao quanh vung nay. Tu nam 1995, cac nha thien van thuc hien theo doi chuyen đong cua 90 sao trong mot vung goi la Sagittarius A*. Bang cach lam khop so lieu quan sat voi cac tham so cua quy đao Kepler, ho ket luan vao nam 1998 rang phai co vat the khoi luong 2,6 x 106 M nam trong vung ban kinh 0,02 ly. Sau khi mot ngoi sao goi la S2 hoan thanh xong mot vong quy đao, nhung du lieu thu đuoc cho phep cac nha khoa hoc uoc tinh khoi luong va pham vi chinh xac hon cua vat trung tam o Sagittarius A*. Ho đa tinh ra co mot thien the khoi luong 4,3 x 106 M nam trong ban kinh nho hon 0,002 ly. Mac du ban kinh nay van lon hon 3.000 lan ban kinh Schwarzschild cua lo đen cung khoi luong, nhung theo thuyet tuong đoi tong quat, nhung thien the co khoi luong lon nhu vay phai la mot lo đen, va "khong co mot cum sao nao co the tap trung khoi luong lon nhu vay trong mot vung rat nho". (khoang cach tu Mat Troi đen sao gan nhat Proxima Centauri la 4,24 ly.)


= Tia chop gamma =

Tia chop gamma la mot trong nhung nguon tia gamma mang nang luong lon nhat trong vu tru phat ra tu cac thien ha o xa. Co che giai thich cho nhung nguon nay co the bat nguon tu su sap nhap cua hai sao neutron, boi lo đen hut sao đac đong hanh hay boi vung boi tu quanh lo đen, hoac tu su suy sup hap dan cua sao co khoi luong rat lon trong vu no sieu tan tinh.
Đa so cac chop co thoi gian ghi nhan đuoc lon hon khoang 2 giay va phan loai vao nhom chop tia gamma keo dai, va khoang 30% cac quan sat la nhung chop dien ra ngan hon 2 giay hay chop tia gamma ngan. Chop tia gamma keo dai co nguon goc tu qua trinh suy sup hap dan cua sao khoi luong rat lon, nhu cac sao khong lo xanh trong cac vung san sinh sao. Đac biet, mot trong nhung chop gamma co nang luong lon nhat, GRB 110328A, keo dai toi hang thang nam o mot thien ha cach xa 3,8 ty nam anh sang co the la do mot lo đen sieu khoi luong xe tan va hap thu dan mot sao lun trang quay gan no.
Dua vao tinh chat cua chop gamma nhu thoi gian xay ra, nang luong phat ra va bieu đo cuong đo thu đuoc ma co the suy đoan ra nguon goc nhung chop nay tu nhung chum tia tuong đoi tinh phat ra tu lo đen, hay tu qua trinh hinh thanh len lo đen hoac su sap nhap tu hai sao neutron.


= Hieu ung cua truong hap dan manh =

Mot tinh chat khac cua lo đen so voi cac thien the đac cho phep phat hien su ton tai cua no, đo la hieu ung cua truong hap dan tac đong manh hon len khong thoi gian bao quanh no. Mot trong nhung hieu ung nay la thau kinh hap dan: Mot vat the lon uon cong khong thoi gian bao quanh no khien cho cac tia sang bi lech đuong đi giong nhu tac đong cua cac thau kinh quang hoc. Hien tai đa co mot so du an khao sat phat hien hieu ung thau kinh hap dan yeu, trong đo tia sang chi bi lech vai giay cung. Tuy vay, cho đen nay chua the chup anh đuoc truc tiep hieu ung nay đoi voi lo đen. Mot cach khac đe quan sat hieu ung thau kinh hap dan la thong qua anh sang phat ra tu nhung ngoi sao quay quanh lo đen. Hien nay cac nha thien van đang thuc hien quan sat tinh chat nay đoi voi cac sao quay trong vung Sagittarius A*, mac du hieu ung la rat nho.
Phuong phap quan trac truc tiep khac đo la phat hien song hap dan phat ra tu he chua lo đen, vi du nhu cac thien the đac quay quanh no va cuoi cung bi hut ve phia lo đen. Bang cach lam phu hop du lieu quan trac so voi tien đoan cua thuyet tuong đoi tong quat cho phep tinh ra chinh xac khoi luong va mo men đong luong cua vat the trung tam, cung nhu thuc hien song song viec kiem nghiem thuyet tuong đoi rong trong truong hap dan manh. Song hap dan đa đuoc đo truc tiep phat ra tu he hai lo đen khoi luong sao do đai quan trac LIGO thu đuoc vao ngay 14 thang 9 nam 2015. Nhom Hop tac Khoa hoc LIGO đa khong tim thay su sai khac trong pham vi sai so thong ke giua nhung tien đoan cua thuyet tuong đoi rong va ket qua đo đuoc tu su kien GW150914. ESA đang co ke hoach xay dung ang ten giao thoa ke eLISA tren vu tru nham phat hien truc tiep song hap dan o nhung tan so thap hon so voi cac thiet bi mat đat...


= Kha nang khac =
Ket luan ton tai lo đen khoi luong sao dua tren tinh toan ly thuyet ve gioi han tren cua khoi luong sao neutron. Gia tri nay lai phu thuoc vao gia thuyet ve tinh chat cua vat chat trong trang thai mat đo cao. Do vay, nhung pha moi ngoai lai cua vat chat cho phep khoi luong gioi han cao hon o cac sao đac. Mot trong so đo gom sao quark voi loi chua cac hat quark "tu do" o mat đo rat cao, hay cac mo hinh sieu đoi xung trong vat ly hat tien đoan su ton tai cua loai sao Q. Mot so ly thuyet mo rong cua Mo hinh chuan voi gia su cac hat preon cau thanh len hat quark va lepton, va dan đen gia thuyet ton tai sao preon voi khoi luong cao hon han sao neutron. Nhung mo hinh nay co kha nang giai thich thay the cho lo đen khoi luong sao o mot so quan trac ve cac thien the đac trong vu tru. Tuy nhien, theo chung minh tu thuyet tuong đoi rong thi loai sao nao cung co gioi han khoi luong tren, va vi the cac mo hinh đeu dan toi su hinh thanh lo đen.
Vi mat đo trung binh khoi luong cua lo đen ben trong ban kinh Schwarzschild ti le nghich voi binh phuong khoi luong cua no, cac lo đen sieu khong lo co mat đo trung binh nho hon cua lo đen khoi luong sao (mat đo trung binh cua lo đen co 108 M gan bang khoi luong rieng cua nuoc). He qua la, co nhung mo hinh thay the khac đuoc đua ra, mac du mo hinh lo đen sieu khoi luong phu hop gan voi cac quan sat thien van vat ly. Vi du, mot khoi luong lon tap trung trong vung khong gian nho đuoc giai thich bang viec mo hinh hoa mot đam lon cac vat the toi tap trung quanh nhau. Tuy nhien, mo hinh nay khong on đinh ve mat đong luc hoc đe thay the cho kha nang vung đo chua mot lo đen sieu khoi luong.
Su ton tai cua cac lo đen khoi luong sao va khong lo trong vu tru ham y thuyet tuong đoi tong quat khong mieu ta tot trang thai va ban chat cua ky di hap dan trong lo đen, va co le do ly thuyet lo đen chua ket hop đuoc voi tinh chat cua co hoc luong tu. Ly thuyet ve hap dan luong tu co the se loai bo đuoc nhung vung ky di hay chan troi su kien va do vay theo đinh nghia se khong co lo đen nua. Dua tren tinh toan trong nhung tinh huong cu the cua ly thuyet day, cho ket qua lo đen đon le khong con chua bien chan troi hay ky di hap dan, nhung đoi voi quan sat vien thuoc mieu ta cua vat ly phi luong tu, tren trung binh, ho van trong thay nhung tinh chat nay giong nhu trong mieu ta cua thuyet tuong đoi rong.


Nhung van đe ly thuyet Ngoai mot so muc tieu nhu mieu ta vung ky di hap dan bang thuyet hap dan luong tu cung nhu chung minh hay bac bo gia thuyet kiem duyet vu tru cua Penrose, co nhung van đe ly thuyet lien quan đen lo đen nhu sau.


= Phong đoan vong =
Nam 1972, Thorne neu ra phong đoan vong (hoop conjecture), rang khi nen mot vat xuong kich co nho hon mot chu vi gioi han theo moi huong thi no se hinh thanh len lo đen. Chu vi gioi han nay thuong la vong tron co ban kinh Schwarzschild lien he voi khoi luong cua vat.
Phong đoan vong co mot so khia canh khi xet vat the trong khong gian nhieu chieu va co kha nang lien quan đen phong đoan kiem duyet vu tru ve ky di hap dan tran trui cung nhu qua trinh hinh thanh lo đen vi mo.


= Entropy va nhiet đong luc hoc =

Nam 1971, Hawking chung minh duoi nhung đieu kien chung tong dien tich cua chan troi su kien cua bat ky mot lo đen co đien nao khong the giam, ngay ca khi chung sap nhap hoac va cham. Ket qua nay, ngay nay goi la đinh luat 2 cua co hoc lo đen, rat giong voi đinh luat hai cua nhiet đong luc hoc, noi rang tong entropy cua mot he khong bao gio giam. Va nhu mot vat the trong vat ly co đien tai đo khong tuyet đoi, tuong ung voi lo đen co entropy bang 0. Neu co mot lo đen ma entropy bang 0, đinh luat hai cua nhiet đong luc hoc se bi vi pham khi vat chat co entropy tu ben ngoai roi vao lo đen nay, khien cho tong entropy cua toan bo vu tru giam đi. Do vay, Bekenstein đe xuat lo đen phai co entropy—cung nhu nhiet đo khac 0, va gia tri nay ty le voi dien tich chan troi su kien.
Su lien ket voi nhiet đong hoc đuoc cung co them khi Hawking kham pha ra ly thuyet truong luong tu trong khong thoi gian cong tien đoan lo đen phat ra buc xa tai nhiet đo nhat đinh giong nhu buc xa cua vat đen tuyet đoi. Duong nhu đieu nay vi pham đinh luat hai cua co hoc lo đen, boi vi buc xa Hawking se mang nang luong cua lo đen đi va khien cho lo đen giam khoi luong, dan đen giam entropy. Tuy nhien, buc xa cung mang entropy ra khoi lo đen, va co the chung minh duoi nhung gia su tong quat rang tong entropy cua vat chat bao quanh lo đen cong voi 1/4 dien tich chan troi su kien—đo theo đon vi Planck—luon luon tang (phai cong ca vat chat bao quanh lo đen boi vi buc xa Hawking xuat hien khi cap hat vat chat–phan vat chat sinh ra trong chan khong, hat phan vat chat roi vao lo đen con hat vat chat thoat ra ngoai duoi dang buc xa). Đieu nay cho phep thiet lap ra đinh luat thu nhat cua co hoc lo đen tuong tu nhu đinh luat thu nhat cua nhiet đong luc hoc, voi khoi luong co vai tro nhu nang luong, hap dan be mat nhu nhiet đo va dien tich nhu entropy.
Mot trong nhung đac điem khac thuong đo la entropy cua lo đen ty le voi dien tich hon la the tich cua no, do thong thuong entropy la mot đai luong mo rong ty le tuyen tinh voi the tich cua he. Tinh chat ky la nay đua Gerard 't Hooft va Leonard Susskind dan đen gia thuyet ve nguyen ly toan anh, noi rang bat cu đieu gi xay ra ben trong khong thoi gian bao boi vung the tich co the đuoc mieu ta bang du lieu tren bien cua the tich đo.
Mac du co the ap dung thuyet tuong đoi rong trong tinh toan ban co đien ve entropy cua lo đen, nhung no lai mang đen đinh nghia khong chat che. Trong co hoc thong ke, entropy đuoc hieu la đem so cau hinh vi mo cua mot he co cung nhung đai luong vi mo (nhu khoi luong, đien tich, ap suat, vv.). Mot khi chua co ly thuyet hap dan luong tu, cac nha vat ly khong the thuc hien nhung phep đem nay cho lo đen. Mot so cach khac phuc đa đuoc đua ra tren con đuong ho đi đen hap dan luong tu. Nam 1995, Andrew Strominger va Cumrun Vafa chung minh tu cach đem cac trang thai vi mo cua mot lo đen cu the mieu ta boi mo hinh sieu đoi xung trong thuyet day cho phep tinh ra entropy Bekenstein–Hawking. Tu đo, cac nha vat ly ly thuyet đua ra mot vai ket qua tuong tu cho nhung lo đen khac nhau trong ca thuyet day lan nhung thuyet khac ve hap dan luong tu nhu hap dan luong tu vong nham khac phuc đinh nghia entropy cho lo đen.


= Nghich ly thong tin bi mat =

Boi vi chi can ba tham so đu đe mieu ta lo đen phi luong tu, hau het thong tin ve vat chat roi vao lo đen đeu bien mat duoi chan troi su kien. Nguoi o ben ngoai khong the biet no hinh thanh tu nhung ngoi sao hay tu tau khong gian, ban ghe, may tinh, ti vi..., boi nguoi đo chi đo đuoc khoi luong, đien tich va mo men đong luong cua lo đen. Trong mot thoi gian dai, cac nha vat ly cho rang lo đen lam mat thong tin, mac du thong tin co the ton tai ben trong lo đen nhung nguoi ngoai khong the biet đuoc trong đo co gi. Tuy nhien, theo ly thuyet thi lo đen dan dan phat ra buc xa Hawking va sau mot thoi gian rat lau no boc hoi (đoi voi cac lo đen vi mo). Su boc hoi nay duong nhu khong giai thoat ra bat ky thong tin gi ve nhung thu hinh thanh len va đa roi vao lo đen, co nghia la ve nguyen ly thong tin bi mat mai mai.
Trong thoi gian dai, cau hoi lieu thong tin co thuc su bi mat trong lo đen (nghich ly thong tin bi mat boi lo đen) đa chia cong đong cac nha ly thuyet lo đen thanh hai nhom (xem Vu ca cuoc Thorne–Hawking–Preskill). Trong co hoc luong tu, thong tin bi mat tuong ung voi su vi pham tinh chat song con cua ly thuyet đo la nguyen ly đon vi (unitarity)—nguyen ly gioi han ve su tien trien cua mot he luong tu đam bao tong cac xac suat cua moi bien co kha di cho mot su kien luon luon phai bang 1—hay nghich ly thong tin vi pham đinh luat bao toan xac suat. Ngoai ra, neu nguyen ly đon vi bi vi pham con dan đen đinh luat bao toan nang luong khong con đung.
Hawking ca rang thong tin qua thuc bien mat khi moi thu bi pha huy tai vung ky di hap dan, con Gerard 't Hooft va Leonard Susskind cho rang co mot co che nao đo lay lai thong tin an duoi chan troi su kien. Nam 2004, Hawking đang mot bai bao chung minh cac thang giang luong tu tai chan troi su kien cho phep ly giai nghich ly va ong thua nhan thong tin khong bi mat cung nhu nhan thua trong vu ca cuoc voi mot ben la Preskill va ben kia la Thorne cung Hawking. Trong cuon sach cua ong, Susskind lap luan la nguyen ly toan anh ket hop voi thuyet day co the ly giai thanh cong nghich ly nay.
Cho đen nay, cac cong trinh ly thuyet chung to qua thuc thong tin va nguyen ly đon vi đuoc bao toan trong cach tiep can hap dan luong tu cho nghich ly nay.


= Nghich ly tuong lua =

Theo mieu ta cua ly thuyet truong luong tu trong khong thoi gian cong, tung buc xa rieng le cua buc xa Hawking co su tham gia cua hai hat luong tu trong trang thai vuong viu lan nhau. Hat thoat ra ngoai chan troi su kien lo đen đuoc gan cho la luong tu cua buc xa Hawking; hat roi vao lo đen bi lo đen nuot mat. Theo du đoan cua Hawking, mot lo đen hinh thanh tu mot khoang thoi gian huu han trong qua khu se cuoi cung boc hoi hoan toan trong khoang thoi gian huu han o tuong lai. Do vay, no se chi phat ra mot luong huu han thong tin ma hoa boi buc xa Hawking. Gia su o thoi gian 
  
    
      
        t
      
    
    {\displaystyle t}
  
, co hon mot nua thong tin đa phat ra ngoai. Theo nhu nghien cuu đuoc chap thuan rong rai boi cac nha vat ly Don Page va Leonard Susskind, mot hat phat ra ben ngoai o thoi điem 
  
    
      
        t
      
    
    {\displaystyle t}
  
 phai bi vuong viu voi moi hat luong tu cua buc xa Hawking ma lo đen đa phat ra truoc đo. Đieu nay dan toi mot nghich ly la: theo nguyen ly "mot cap vuong viu" ("monogamy of entanglement" principle) đoi hoi rang, nhu o bat ky mot he luong tu nao, hat thoat ra ngoai khong the vuong viu han toan bo voi hai he đoc lap o cung mot thoi điem; mac du the o đay hat bay ra ngoai duong nhu vuong viu voi ca hat roi vao trong va, mot cach đoc lap, voi ca cac buc xa Hawking trong qua khu.
Đe ly giai đuoc nghich ly nay, co the cac nha vat ly cuoi cung buoc phai tu bo mot trong ba ly thuyet đa đuoc kiem chung: nguyen ly tuong đuong cua Einstein, nguyen ly unita trong co hoc luong tu (tong xac suat cua moi ket qua kha di cua moi su kien luon bang 1), hoac ly thuyet truong luong tu hien nay. Mot cach giai thich, ma vi pham nguyen ly tuong đuong, đo la ton tai mot mat cau lua (tuong lua, "firewall") bao quanh chan troi su kien ma pha huy moi hat roi qua bien gioi nay. Trong mot phan tich cac du lieu nam 2016 đo đuoc boi LIGO (GW150914, GW151226 va LVT151012) cho thay mot dau hieu chua chac chan ve đo vong sau va cham hai ho đen gay boi chan troi su kien mo (fuzzy event horizon); nhung tieng vong nay co the do boi tuong lua hoac theo ly thuyet qua bong mo (fuzzball theories, trong ly thuyet day) nhung tieng vong nay khong the xuat hien trong thuyet tuong đoi tong quat. Trong tuong lai, khi co them nhieu su kien song hap dan đo đuoc boi LIGO va nhung tram khac, cac du lieu se cho biet lieu nhung đo vong nay chi la nhieu ngau nhien, hay qua thuc chung la chung cu cho su vi pham cua thuyet tuong đoi rong co đien.


Lo đen trong khoa hoc vien tuong Cac đac điem va tinh chat vat ly cua lo đen đuoc nhieu tac gia su dung đua vao nhung truyen khoa hoc vien tuong truoc thap nien 1960, truoc khi thuat ngu nay ra đoi va ca sau khi nhung hieu biet khoa hoc ve no tro nen đay đu hon. No cung xuat hien trong cac bo phim khoa hoc gia tuong, manga va game.
Vi du, tac pham The City and the Stars (1956) cua Arthur C. Clarke, co noi ve mot vat the nhan tao khong the bi pha huy va no bi giam giu o ria thien ha. Tac gia goi vat the giong nhu ngoi sao đo la "mat troi đen". Kyrie (1968), truyen ngan cua Poul Anderson, noi ve mot đoan tham hiem đen "vung loi sau vu no sieu tan tinh". Cuon Luoc su thoi gian (1988) cua Stephen Hawking ngoai thao luan ve nhung tinh chat cua lo đen ong cung nhac đen vien canh du hanh thoi gian nho đen no hoac thong qua lo sau.
Bo phim Star Trek (2009), co canh noi ve nhan vat Nero su dung "vat chat đo" nham tao ra mot lo đen đe pha huy hanh tinh Vulcan. Trong mot tap phim cua series Star Trek: Voyager, đoan du hanh đa lai tau vu tru bang qua chan troi su kien va bi mac ket o ben trong.
Trong bo manga InuYasha, nhan vat Miroku voi ben tay phai co mot Phong huyet voi kha nang hut tat ca moi thu giong nhu lo đen.
Trong game Mass Effect 2, nguoi choi đuoc trang bi loai sung "M-490 Blackstorm" hay "black hole gun" voi kha nang tao ra ky di hap dan giong nhu lo đen nham hut moi thu vao trong.
Trong Interstellar (2014) cua Christopher Nolan, nhan vat Cooper cung phi hanh đoan phai đi qua mot lo sau (worm hole) đe đen cac hanh tinh moi khac nham đi tim hanh tinh va ngoi nha moi cho loai nguoi—cac đieu kien song tren Trai Đat dan tro nen khac nghiet, khong con thich hop cho loai nguoi sinh song. Lo đen trong phim be cong khong gian, khien cho no co dang hinh cau, va lam gian no thoi gian cua cac hanh tinh gan no. Lo đen con co nhung điem ky di cho ta cac khong gian nam chieu. Cooper cho rang cai lo đen gan Sao Tho ay va cac khong gian nam chieu la thanh pham cua loai nguoi trong tuong lai.


Xem them Thuyet tuong đoi rong
Nghiem Schwarzschild
Ban kinh Schwarzschild
Lo đen quay
Ngoi sao đac
Hap dan luong tu
Lo trang
Sao neutron
Lo đen sieu khoi luong
Lo sau
Danh sach lo đen
Ly thuyet day
Lo đen sieu nho
Cuoc chien Susskind–Hawking
Co hoc lo đen
Lo đen lang thang


Ghi chu Tham khao Đoc them Sach pho bien
Ferguson, Kitty (1991). Black Holes in Space-Time. Watts Franklin. ISBN 0-531-12524-6.
Hawking, Stephen (1988). A Brief History of Time. Bantam Books, Inc. ISBN 0-553-38016-8.
Hawking, Stephen; Penrose, Roger (1996). The Nature of Space and Time. Princeton University Press. ISBN 0-691-03791-4.
Melia, Fulvio (2003). The Black Hole at the Center of Our Galaxy. Princeton U Press. ISBN 978-0-691-09505-9.
Melia, Fulvio (2003). The Edge of Infinity. Supermassive Black Holes in the Universe. Cambridge U Press. ISBN 978-0-521-81405-8.
Pickover, Clifford (1998). Black Holes: A Traveler's Guide. Wiley, John & Sons, Inc. ISBN 0-471-19704-1.
Thorne, Kip S. (1994). Black Holes and Time Warps. Norton, W. W. & Company, Inc. ISBN 0-393-31276-3.
Wheeler, J. Craig (2007). Cosmic Catastrophes (an ban thu 2). Cambridge University Press. ISBN 0-521-85714-7.
Sach va giao trinh đai hoc
Carroll, Sean M. (2004). Spacetime and Geometry. Addison Wesley. ISBN 0-8053-8732-3., the lecture notes on which the book was based are available for free from Sean Carroll's website.
Carter, B. (1973). "Black hole equilibrium states". Trong DeWitt, B. S.; DeWitt, C. (bien tap). Black Holes.
Chandrasekhar, Subrahmanyan (1999). The Mathematical Theory of Black Holes. Oxford University Press. ISBN 0198503709.
Frolov, V. P.; Novikov, I. D. (1998). "Black hole physics". Springer. ISBN 0792351452. {{Chu thich tap chi}}: Chu thich magazine can |magazine= (tro giup)
Frolov, Valeri P.; Zelnikov, Andrei (2011). Introduction to Black Hole Physics. Oxford: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-969229-3. Zbl 1234.83001.
Hawking, S. W.; Ellis, G. F. R. (1973). Large Scale Structure of space time. Cambridge University Press. ISBN 0-521-09906-4.
Melia, Fulvio (2007). The Galactic Supermassive Black Hole. Princeton U Press. ISBN 978-0-691-13129-0.
Schutz, Bernard F. (2009). A first course in general relativity (an ban thu 2). Cambridge University Press. ISBN 0-521-88705-4.
Taylor, Edwin F.; Wheeler, John Archibald (2000). Exploring Black Holes. Addison Wesley Longman. ISBN 0-201-38423-X.
Misner, Charles; Thorne, Kip S.; Wheeler, John (1973). Gravitation. W. H. Freeman and Company. ISBN 0-7167-0344-0.
Wald, Robert M. (1984). General Relativity. University of Chicago Press. ISBN 978-0-226-87033-5.
Wald, Robert M. (1992). Space, Time, and Gravity: The Theory of the Big Bang and Black Holes. University of Chicago Press. ISBN 0-226-87029-4.
Bai tong quan
Gallo, Elena; Marolf, Donald (2009). "Resource Letter BH-2: Black Holes". American Journal of Physics. Quyen 77 so 4. tr. 294. arXiv:0806.2316. Bibcode:2009AmJPh..77..294G. doi:10.1119/1.3056569.
Hughes, Scott A. (2005). "Trust but verify: The case for astrophysical black holes". arXiv:hep-ph/0511217. {{Chu thich arXiv}}: |lop= bi bo qua (tro giup) Lecture notes from 2005 SLAC Summer Institute.


Lien ket ngoai Lo đen tren chuong trinh In Our Time cua BBC. (Nghe tai đay)
Lo đen tai Tu đien bach khoa Viet Nam
Stanford Encyclopedia of Philosophy: "Singularities and Black Holes" cua Erik Curiel va Peter Bokulich.
Black Holes: Gravity's Relentless Pull – Trang web đa phuong tien ve tuong tac vat ly va thien van hoc cua cac lo đen tu Vien Khoa hoc quan ly Kinh vien vong Khong gian
Black Hole Visualization Luu tru ngay 3 thang 5 nam 2019 tai Wayback Machine cua ESA
Frequently Asked Questions (FAQs) on Black Holes
"Schwarzschild Geometry"
Hubble site
Black holes - basic (NYT; April 2021)


= Video =
16-year-long study tracks stars orbiting Milky Way black hole
Movie of Black Hole Candidate from Max Planck Institute
Cowen, Ron (ngay 20 thang 4 nam 2015). "3D simulations of colliding black holes hailed as most realistic yet". Nature. doi:10.1038/nature.2015.17360.
Computer visualisation of the signal detected by LIGO
Two Black Holes Merge into One (based upon the signal GW150914)