Phát hiện hố đen 'ma mút' từ thuở bình minh của vũ trụ

Các nhà thiên văn học đã phát hiện một "con quái thú" hố đen mới trong vũ trụ, qua đó đẩy nhiều giả thuyết về thuở hồng hoang của vũ trụ đến giới hạn của chúng.


Các nhà thiên văn học đã xác định một “hố đen ma mút” cân nặng tương tương 12 tỉ mặt trời trong một chuẩn tinh (Quasar) như được mô phỏng với một hố đen ở trung tâm. Dù không phải là hố đen lớn nhất từng được phát hiện, nhưng hố đen này lại có độ tuổi ở mức trẻ trung đáng ngạc nhiên. Có vẻ như, nó đã phình lên kích thước khổng lồ hiện nay chỉ sau 875 triệu năm sau vụ Nổ Lớn (Big Bang), khi vũ trụ chỉ mới đạt 6% độ tuổi hiện tại của nó.

Trên tờ Nature số ra ngày 25/2, các nhà thiên văn học cho rằng đây là một điều ngạc nhiên, bởi các hố đen khổng lồ thường được cho phình lớn lên một cách chậm chạp thông qua việc hút khí hoặc các ngôi sao đi qua quá gần chúng. Câu hỏi được các nhà khoa học đặt ra sau khi phát hiện hố đen là làm thế có nào có thể tạo ra một hố đen lớn như thế chỉ trong một thời gian ngắn đến vậy?

Con quái thú phát sáng

Nhà thiên văn học Xue-Bing Wu đến từ trường đại học Peking của Trung Quốc, tác giả đứng đầu của bản nghiên cứu, cùng các cộng sự không phát hiện ra hố đen này một cách trực tiếp bởi sức hút của nó lớn đến mức không có gì, kể cả ánh sáng, có thể thoát được. Thông qua việc sử dụng các kính viễn vọng ở Trung Quốc, Hawaii, Arizona (Mỹ) và Chile, đội nghiên cứu phát hiện một chuẩn tinh được chiếu sáng từ ánh sáng rực rỡ của khí bị nóng lên khi bị hút vào hố đen.

“Đây là con quái thú lớn nhất chúng tôi từng phát hiện xét về phương diện độ sáng”, Avi Loeb, giáo sư thiên văn học tại trường đại học Havard, người cùng góp sức trong bản nghiên cứu, nói. Theo ông, chuẩn tinh này sáng gấp khoảng 40.000 lần so với toàn bộ Dải Ngân hà.

Tất cả các thiên hà lớn, bao gồm cả dải Ngân hà, có những hố đen lớn ở tâm. Tuy nhiên, không phải tất cả những hố đen này đều được vây quanh bởi khí siêu nóng. Những hố đen được bao bọc trong khí siêu nóng được gọi là chuẩn tinh.

Giống như tất cả các chuẩn tinh khác, chuẩn tinh vừa được phát hiện trông giống như một ngôi sao sáng bình thường. Nó chỉ là một điểm sáng, ngay cả khi được quan sát qua những kính thiên văn hùng mạnh nhất. Chỉ khi các nhà thiên văn học phân tích chi tiết ánh sáng, họ mới nhận ra rằng ánh sáng này di chuyển rất nhanh, và sau đó ước tính được khoảng cách từ đó đến Trái đất vào khoảng 12 tỉ năm ánh sáng.

Ánh sáng khác thường của chuẩn tinh cho các nhà thiên văn học biết khí bị đốt nóng lên đến mức độ nào, qua đó tiếp tục dự đoán mức độ khổng lồ của hố đen. “Chúng tôi đã nhìn thấy những chuẩn tinh khác từ giai đoạn này, nhưng không có chuẩn tinh nào có kích thước lớn hơn 3 tỉ lần kích thước của mặt trời”, ông Wu nói.

Sự hình thành của quái thú

Theo một giả thuyết của các nhà khoa học, con quái thú mới được phát hiện được hình thành khi những ngôi sao đầu tiên trong vũ trụ đốt nguồn nhiên liệu hạt nhân của chúng và sụp đổ tạo ra các hố đen, có thể là một trăm triệu năm sau vụ nổ Big Bang. Những ngôi sao đầu tiên đó có khả năng cũng có kích thước khổng lồ, vào khoảng gấp 100 lần kích thước của mặt trời.

Ông Loeb cho rằng, vào thời điểm đó, “các thiên hà dày đặc gấp 1.000 lần so với ngày nay”, do đó phần lõi sẽ có nhiều khí để nuôi các hố đen, cho phép chúng lớn lên. Nhưng kịch bản này không thể áp dụng vào hố đen mới được phát hiện bởi vì kích thước quá khổng lồ của nó.

Một ý tưởng khác được xét đến là việc hai hoặc nhiều thiên hà đã hòa trộn vào nhau, khi đó các hố đen của chúng kết hợp thành một hố đen khổng lồ. Tuy nhiên, giả thuyết này sẽ chỉ xả ra nếu các hố đen kích thước tương đương. Bằng không, theo ông Loeb, sự mất cân bằng sẽ quăng hố đen mới hình thành sang vị trí khác.

Ngoài ra, ông Loeb cũng đưa ra một giả thuyết khác. Có khả năng ít nhất một vài trong số các ngôi sao đầu tiên không chỉ là các khối chỉ có một trăm hoặc thậm chí 1.000 ngôi sao bên trong, mà con số đó có thể lên đến một triệu. Bởi theo ông, “không có giới hạn cơ bản nào về khối lượng tối đa một ngôi sao có thể đạt đến”.

Nếu quả thật đã từng có những ngôi sao như vậy hình thành trong buổi đầu của vũ trụ, thì khi sụp đổ, chúng có thể kích hoạt nên sự hình thành của những hố đen rất lớn. Ông Loeb cho rằng, khi xem xét giả thuyết này cùng với việc các hố đen có thể có khả năng nuốt khí nhanh hơn mức các nhà khoa học vẫn dự đoán, thì sự tồn tại của một vật thể như hố đen vừa được phát hiện có thể không phải là điều quá ngạc nhiên.

Vấn đề duy nhất của kịch bản này là việc các nhà thiên văn học không biết chắc chắn rằng những ngôi sao chứa một triệu mặt trời như vậy có từng tồn tại hay không. Ông Loeb cho biết chưa từng thấy một ngôi sao như vậy, đồng thời đặt hy vọng vào chiếc kính viễn vọng không gian James Webb dự kiến được phóng lên quỹ đạo Trái đất trong năm 2018 để lần tìm ra câu trả lời chính xác.


Anh Tiếu (Theo National Geographic)