4.7 Năng lượng thoát ra như thế nào: lỗ mao, khoan xuyên theo trục và giảm tới hạn theo dải ở rìa

Trang chủ ／ Chương 4: Hố đen

Năng lượng không vượt qua một rào chắn tuyệt đối. Nó thoát ra vì dải tới hạn dịch chuyển cục bộ. Chỉ cần trong một mảng nhỏ, “mức yêu cầu tối thiểu để đi ra ngoài” thấp hơn “giới hạn tốc độ lan truyền cho phép tại chỗ”, thì bề mặt tới hạn ngoài sẽ thoái lui tạm thời ở mảng đó. Mọi thoát lưu đều tuân thủ giới hạn địa phương; không có dòng nào vượt quá giới hạn ấy.

Vùng cận “chân trời” vì vậy là một cổng động, không phải bức tường tĩnh. Cái ta thấy như “rò rỉ” là lớp da căng được hiệu chỉnh ngắn hạn: các cửa sổ nhỏ mở ra, liên kết, hoặc nở thành các dải, rồi lại khép. Phần này giải thích vì sao các cửa ấy xuất hiện và ba tuyến thoát lặp lại — lỗ dạng điểm, khoan xuyên dọc trục quay, và giảm tới hạn theo dải ở rìa — chia tải, thay phiên trội thế, và để lại các dấu hiệu quan trắc khác nhau.

I. Vì sao bề mặt tới hạn sinh “lỗ” và “rãnh”: tính tới hạn động và độ nhám tất yếu

Vùng cận chân trời không phải một mặt toán học nhẵn, mà là lớp da có bề dày hữu hạn mang sức căng. Ba quá trình liên tục viết lại lớp da này:

• Sự rút–hoàn sợi trong “biển sợi” xung quanh làm đổi vi cấu trúc địa phương, từ đó nâng hay hạ trần tốc độ lan truyền cho phép.
• Cắt trượt, tái nối (reconnection) và chuỗi thác sắp xếp lại các lộ trình ra ngoài trơn nhất, do đó hạ hoặc nâng mức yêu cầu tối thiểu để đi ra.
• Xung từ lõi và nhiễu từ bên ngoài bơm năng lượng–động lượng vào vùng chuyển tiếp, đẩy một số mảng nhỏ sang trạng thái “dễ thoái lui” hơn.

Hệ quả là bề mặt tới hạn ngoài gợn lăn theo không–thời gian. Hễ ở một mảng nhỏ xảy ra giao cắt ngắn hạn — “cho phép hơi cao hơn, yêu cầu hơi thấp hơn” — một lỗ sẽ “bật sáng”. Khi các lỗ này lặp lại và nối tiếp dọc theo một hướng, chúng hợp lại thành đường khoan xuyên hoặc thành dải giảm tới hạn.

II. Ba tuyến thoát hoạt động ra sao

1. Lỗ mao thoáng qua: cục bộ, sống ngắn, dòng mềm nhưng ổn định

Nguyên do:

• Khép lại: Dòng thông lượng nhỏ rò ra làm giảm sức căng hoặc điều kiện cắt trượt địa phương; khi hình học hồi phục, hai đường tách ra và lỗ tự đóng.
• Mở cổng: Hai đường này giao nhau trong chốc lát; bề mặt tới hạn ngoài thoái lui ở mảng đó.
• Kích hoạt: Một xung ứng suất từ lõi hoặc một bó sóng đi vào bị hấp thụ trong vùng chuyển tiếp, điều chỉnh nhẹ sức căng và hình học tại chỗ, làm đường “cho phép” nhích lên còn đường “yêu cầu” hạ xuống.

Tính chất:

• Phản hồi: Dòng thoát tự bào mòn điều kiện kích hoạt, nên hiệu ứng tự giới hạn — một kiểu “rò chậm”.
• Kiểu dòng: Thành phần mềm, bản rộng; cường độ không lớn nhưng ổn định, ít tự dao động.
• Thang và thời: Khẩu độ nhỏ, tuổi thọ ngắn; cửa sổ từ vi mô tới dưới quy mô vòng sáng.

Khi thường gặp:

• Tiếng ồn nền từ lõi cao nhưng thiếu thiên lệch hình học có hướng bền bỉ.
• Lớp chuyển tiếp dày, có tính đàn hồi cao; hoặc ngoại lực kích động thường xuyên nhưng biên độ nhỏ.

Dấu hiệu quan trắc:

• Đa sứ giả: Không trông đợi liên hệ với neutrino hay tia vũ trụ năng lượng siêu cao.
• Phổ và động học: Thành phần mềm–dày tăng; vùng hồng ngoại, cận mm và tia X mềm đáp ứng rõ; không có nút tia mới hay gia tốc nổi bật.
• Thời gian: Sau khử tán sắc đa băng, đường sáng xuất hiện bậc thềm nhỏ chung, theo sau là “phản vang” yếu và chậm — giống nền nâng hơn là đỉnh nhọn.
• Phân cực: Tỷ phần phân cực giảm nhẹ ở vùng sáng; góc phương vị tiếp tục xoắn mượt; hiếm đảo chiều gắt.
• Ảnh: Vòng chính sáng nhẹ cục bộ hay toàn cục; bề rộng vòng tăng nhẹ theo phương vị liên quan; đôi khi vòng mờ phía trong trở nên sắc nét thoáng chốc.

Tính nhất quán:

• Xuyên hầm lượng tử: Lỗ mao gần chân trời và hiện tượng xuyên hầm lượng tử có cùng cơ chế nền; xem Mục 6.6.

2. Khoan xuyên theo trục: vận chuyển cứng, thẳng dọc trục quay

Nguyên do:

• Hiệu ứng ống dẫn sóng: Kênh hướng dẫn nhiễu lan truyền dọc trục và dập tắt tán xạ ngang, từ đó nâng trần cho phép dọc trục và hạ thêm mức yêu cầu.
• Liên thông: Các lỗ mao lặp lại dọc trục dễ nối nhau, tạo kênh liên tục, thon, trở kháng thấp.
• Thiên lệch sẵn có: Trục quay tổ chức sức căng và cắt trượt gần lõi theo cấu trúc dọc trục, nơi “yêu cầu đi ra” thấp hơn thường trực so với các hướng khác.

Tính chất:

• Nút cổ chai: Cổ họng hẹp nhất chặn trần thông lượng; một khi nghẽn ở đó, công suất tổng bị giới hạn.
• Ngưỡng duy trì: Hình thành rồi thì tự giữ; chỉ tắt khi nguồn suy yếu hoặc bị cắt trượt mạnh xé đứt.
• Kiểu dòng: Thành phần cứng trội; vận chuyển thẳng, chuẩn trực tốt, mang tải bền.

Khi thường gặp:

• Nguồn cấp đồng hướng với trục giúp duy trì lâu hơn.
• Hệ có trục quay rõ và trật tự dọc trục gần lõi bền lâu.

Dấu hiệu quan trắc:

• Đa sứ giả: Có bằng chứng thống kê theo từng ca với neutrino năng lượng cao; đầu tia và điểm nóng là nơi gia tốc khả dĩ của tia vũ trụ siêu năng lượng.
• Phổ và động học: Phổ phi nhiệt kiểu lũy thừa từ vô tuyến tới gamma, nhấn mạnh đầu năng lượng cao; thấy nút di chuyển, dịch lõi (core shift), và các đoạn gia/giảm tốc.
• Thời gian: Bùng phát nhanh và cứng, từ phút đến ngày; đa băng gần đồng bộ hoặc năng lượng cao đến sớm hơn; các bậc thềm gần tuần hoàn “diễu hành” theo các nút sáng.
• Phân cực: Phân cực cao; góc phân cực ổn định theo từng đoạn dọc tia; thường thấy gradient quay Faraday theo bề ngang; phân cực gần lõi đồng pha với dẻ quạt sáng trên vòng.
• Ảnh: Tia phụt thẳng, chuẩn trực; vùng gần lõi sáng hơn; các “nút” sáng di chuyển ra ngoài, đôi khi siêu quang biểu kiến; tia ngược yếu hoặc không thấy.

3. Giảm tới hạn theo dải ở rìa: tiếp tuyến và chéo, lan rộng và tái xử lý

Nguyên do:

• Phân phối lại năng lượng: Năng lượng di chuyển ngang và đi ra dọc theo các dải; tán xạ lặp đi lặp lại và nhiệt hóa khiến tái xử lý trên diện rộng dễ xảy ra.
• Liên kết theo dải: Khi các sọc trở kháng thấp kề nhau bị kéo thẳng hàng, xuất hiện hành lang giảm tới hạn dọc theo tiếp tuyến hoặc chéo.
• Cắt trượt đồng hướng: Lớp chuyển tiếp kéo dãn các gợn lẻ thành sọc; giữa các sọc hình thành “bàn cờ” trở kháng thấp.

Tính chất:

• Tính “dẻo”: Nhạy hơn với kích động bên ngoài; dễ “ghi nhớ” thiên lệch hình học kéo dài.
• Tiết tấu: Đường đi dài hơn, tán xạ nhiều hơn dẫn tới lên chậm, tàn dư lâu.
• Kiểu dòng: Tốc độ trung bình, phổ dày, bao phủ rộng; chủ yếu là tái xử lý và gió đĩa.

Khi thường gặp:

• Sau các biến cố mạnh, khi các dải bị kéo dài và tăng hiệp biến không gian.
• Lớp chuyển tiếp dày với chiều dài đồng hướng cắt trượt lớn.

Dấu hiệu quan trắc:

• Đa sứ giả: Bằng chứng điện từ chiếm ưu thế; ở thang thiên hà, để lại vết phản hồi do gia nhiệt và quét rỗng khí.
• Phổ và động học: Tăng tái xử lý và phản xạ; phản xạ tia X và vạch sắt nổi bật; gió đĩa và ngoại lưu cho thấy hấp thụ dịch xanh và ngoại lưu siêu nhanh; bụi nóng và khí ấm tăng sáng ở hồng ngoại và cận mm, làm phổ “dày” hơn.
• Thời gian: Lên chậm xuống chậm, từ giờ đến tháng; có độ trễ phụ thuộc màu giữa các băng; sau biến cố mạnh, hoạt động theo dải kéo dài hơn.
• Phân cực: Phân cực mức trung bình; góc phân cực đổi theo từng đoạn trong dải; đảo chiều dọc dải thường đi kèm rìa sáng; nhiều lần tán xạ làm giảm phân cực.
• Ảnh: Rìa vòng sáng dọc theo dải; ngoài đĩa xuất hiện dòng mở góc rộng và quầng mờ; hình dáng “bụ bẫm” hơn là mảnh–thẳng; có thể có hào quang hay phát xạ khuếch tán gần lõi.

III. Ai kích hoạt, ai cấp tải: nguồn kích và nguồn nuôi

• Kích hoạt nội sinh:
  Xung cắt trượt từ lõi đẩy ứng suất vào lớp chuyển tiếp, nâng đường cho phép; thác các sự kiện tái nối nhỏ làm trơn hình học và hạ đường yêu cầu; các cấu trúc quấn rối sống ngắn phun bó sóng dải rộng, nâng nền nhiễu và xác suất châm mồi.
• Kích hoạt ngoại sinh:
  Bó sóng tới — photon năng lượng cao, tia vũ trụ và plasma đi vào — bị hấp thụ và tán xạ trong lớp chuyển tiếp, siết sức căng địa phương hoặc mài phẳng lộ trình; cục chất rơi vào va đập, tạm thời sắp lại cắt trượt và độ cong, mở cửa sổ thoái lui rõ hơn.
• Phân bổ tải:
  Lõi cấp nền liên tục và các xung gián đoạn; môi trường cung cấp các cú bồi thêm và “đánh bóng” hình học. Chồng chập của chúng quyết định tuyến nào bật trước và gánh được bao nhiêu thông lượng.

IV. Quy tắc chia tải và chuyển trạng thái động

• Quy tắc phân bổ:
  Tuyến có “trở lực” nhỏ nhất lấy phần lớn nhất. Hiểu “trở lực” như tích phân dọc đường của (yêu cầu trừ cho phép). Tuyến nào thấp nhất tại thời điểm đó hút nhiều dòng nhất. Phản hồi âm và bão hòa kèm theo: lỗ mao tự khép khi dòng làm giãn sức căng; khoan xuyên “nuôi béo” đến khi đụng nút cổ chai; hành lang theo dải bị đốt nóng, dày lên và chậm lại.
• Chuyển mạch điển hình:
  Bầy lỗ hợp thành khoan xuyên khi lỗ bật lặp lại gần vị trí tương tự và cắt trượt kéo khoảng cách chúng xích lại. Khoan xuyên chuyển giao cho dải khi cổ họng dọc trục bị xé hoặc hướng cấp đổi, ưu tiên đường tiếp tuyến hay chéo, tạo nên tái xử lý trên diện rộng. Dải vỡ lại thành cụm lỗ khi các sọc bị bẻ vụn thành “đảo” và tính liên tục hình học suy giảm.
• Ký ức và ngưỡng:
  Hệ có trí nhớ dài thể hiện trễ khi chuyển và có “thiên vị” theo giai đoạn. Ngưỡng chịu ảnh hưởng đồng thời của nguồn cấp, cắt trượt và trục quay. Khi môi trường trôi chậm, việc chia tải dịch dần; khi môi trường biến động đột ngột, xảy ra lật nhanh.

V. Biên và tính tự nhất quán

• Mọi thoát lưu đều phát sinh từ tính tới hạn di động, không phải do vượt một cấm kỵ tuyệt đối. Sức căng địa phương đặt ra trần tốc độ và không tuyến nào vượt quá.
• Ba tuyến không phải ba “thiết bị” tách biệt, mà là ba chế độ của cùng một lớp da dưới các hướng và tải khác nhau.

VI. Sổ tay một trang: ghép nhanh quan trắc với cơ chế

• Vòng sáng tăng nhẹ theo cùng một cửa sổ, phân cực giảm nhẹ, phổ mềm nhô lên, không có nút tia mới → Lỗ mao thoáng qua là khả dĩ nhất.
• Tia phụt thẳng, chuẩn trực; biến thiên cứng và nhanh; phân cực cao; nút di chuyển; có thể kèm ca neutrino → Khoan xuyên theo trục chiếm ưu thế.
• Rìa sáng theo dải; ngoại lưu góc rộng; thời gian chậm với phản xạ mạnh và hấp thụ dịch xanh; phổ hồng ngoại dày → Giảm tới hạn theo dải ở rìa phù hợp nhất.

VII. Tóm lại

Bề mặt tới hạn ngoài “thở”, và lớp chuyển tiếp “tự chỉnh âm”. Trao–hoàn sợi đổi vật liệu; cắt trượt và tái nối viết lại hình học; sự kiện nội sinh và ngoại sinh châm mồi. Năng lượng thoát theo ba chế độ thường gặp: lỗ dạng điểm, khoan xuyên dọc trục, và giảm tới hạn theo dải ở rìa. Cơ chế nào sáng hơn, ổn định hơn, kéo dài hơn tùy tuyến có trở lực nhỏ nhất ở hiện thời — và tùy dòng đi qua đã ngược lại “nắn” tuyến đó đến mức nào. Đây là cơ học cổng thuần địa phương trong giới hạn cho phép, và là cách vùng cận chân trời “làm việc” thật sự.