Những con rồng vũ trụ: Các lỗ đen khổng lồ đang phát triển cực nhanh

“Những con rồng là đây” (Here be dragons) là một cụm từ từng sử dụng trên các bản đồ cổ, thường kèm theo các bản phác họa huyền thoại, để làm nổi bật một khu vực chưa được khám phá hay có khả năng gây nguy hiểm. Các nhà thiên văn có lẽ muốn mượn cảnh báo này để gọi các trung tâm thiên hà, trong đó có những hố đen siêu lớn.

Có nhiều điều chúng ta chưa biết về những con quái vật này và các nhà khoa học vừa tìm thấy một con như thế, nó thậm chí còn tăng trưởng chẳng theo bất kì một quy luật nào.

Tăng trưởng khối lượng với một tốc độ cực nhanh, lỗ đen này cho thấy có thể có nhiều những lỗ đen to hơn chúng ta nghĩ trước đây.

Những sinh vật huyền thoại không tồn tại

Phương ngôn “những con rồng” của thiên văn học không phải là chuyện hoang đường. Chúng tôi có rất nhiều bằng chứng chứng minh sự tồn tại của chúng. Phổ quan sát hồng ngoại dùng để dò tìm những thiên hà xa và chuẩn tinh có thể giúp chúng ta phỏng đoán về khối lượng của chúng, thông qua sự quan sát hệ Ngân hà của chúng ta.

Hình ảnh dưới đây cho thấy quỹ đạo của các ngôi sao ở gần trung tâm hệ Ngân hà. Chúng đã được quan sát trong hơn một thập kỷ để tìm ra quỹ đạo quay xung quanh một đối tượng đen vô hình.

Chuyển động của những ngôi sao xung quanh một hố đen (ESO)

Bằng cách áp dụng quỹ đạo vật lý đơn giản, chúng ta biết rằng đối tượng đen này phải có khối lượng lớn mới có thể tạo ra lực hấp dẫn đủ lớn để khiến các ngôi sao quay xung quanh nó, có lẽ nó lớn hơn 4 triệu lần lực hấp dẫn của Mặt trời. Tuy nhiên, nó chỉ chiếm một không gian rất nhỏ trong vũ trụ, chứ nếu không nó sẽ “va đập” vào các ngôi sao đang quay quanh. Chỉ có thể là một lỗ đen mới thực sự phù hợp với những mô tả dành cho đối tượng vô hình này.

Điều đáng lo ngại là, đây chỉ là khối lượng tầm trung trong những lỗ đen siêu lớn. Những khám phá về những lỗ đen có khối lượng gấp 10 tỷ lần Mặt trời đang được thực hiện tại các thiên hà khác.

Sự hình thành một lỗ đen khổng lồ

Không giống như các lỗ đen trung bình khác, các lỗ đen siêu lớn không chỉ đơn giản là được sinh ra từ cái chết của một ngôi sao, nó to lớn hơn bất kỳ ngôi sao nào có thể tạo ra nó. Vậy chúng đến từ đâu?

Có một số lý thuyết. Có người cho rằng phần lớn chúng phải được “sinh ra” từ những cụm sao sớm nhất vào thời gian đầu hình thành vũ trụ. Kể từ đó, chũng cần phải phát triển nhanh để đạt đến được khối lượng khổng lồ.

Trong giai đoạn phát triển này, sự bồi tụ khí và vật liệu rơi ra từ thiên hà có thể giải thích cho sự phát triển của nó. Thật vậy, những quan sát mới đây của Đài thiên văn Nam châu Âu cho rằng lỗ đen siêu lớn của hệ Ngân hà đã có một bữa ăn tối thịnh soạn như vậy.

Tuy nhiên, sự phát triển của lỗ đen siêu lớn có lẽ cũng không hoàn toàn là do tích tụ vật chất từ thiên hà. Nếu hai thiên hà va chạm vào nhau, các hố đen có thể có được một nguồn thức ăn mới để thúc đẩy sự tăng trưởng của chúng. Chúng cũng có thể kết hợp với nhau để tạo ra một lỗ đen thậm chí còn lớn hơn.

Theo cách này, sự tăng trưởng của các lỗ đen được hiểu là gắn bó mật thiết với sự phát triển thiên hà mẹ của chúng. Thật vậy, khối lượng của một lỗ đen siêu lớn xuất hiện tương quan chặt chẽ với tốc độ các ngôi sao quay theo quỹ đạo bên trong thiên hà chủ.

Ở một mức độ sâu hơn, các lỗ đen có thể hoạt động như một loại máy điều nhiệt cho sự hình thành những ngôi sao bên trong thiên hà chủ. Năng lượng và/hay động lực được các lỗ đen tạo ra có thể thúc đẩy việc hình thanh sao hay ngược lại là làm ngừng sự hoạt động của nó bên trong thiên hà chủ. Điều này là vì năng lượng làm nóng khí bên trong một thiên hà có thể khiến cho những ngôi sao không sẵn sàng để được sinh ra.

CID-947: Kẻ nổi loạn

Tuy nhiên, trong một nghiên cứu mới được công bố trên tờ Science, các nhà thiên văn đã báo cáo về việc phát hiện ra một lỗ đen siêu lớn có vẻ như đã phá vỡ sự đồng bộ giữa tăng trưởng của thiên hà với tốc độ tăng trưởng của lỗ đen.

Sử dụng kính viễn vọng Keck ở Hawaii, các nhà nghiên cứu thấy một thiên hà có một lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của nó (CID-947). Tỷ lệ khối lượng lỗ đen so với khối lượng sao là rất lớn, hầu như là một cường độ rất lớn vượt quá những gì mong đợi.

Với khối lượng gấp 7 tỷ lần Mặt trời, lỗ đen siêu lớn này vượt quá một số lỗ đen lớn nhất được biết đến. Đây là điểm thực sự thú vị. Sử dụng phép đo được gọi là dịch chuyển đỏ giúp chúng ta xác định khoảng cách và độ tuổi của một thiên hà, nhóm nghiên cứu có thể thấy rằng lỗ đen đặc biệt này phải phát triển cực kỳ nhanh. Hầu hết các mô hình đều dự đoán lỗ đen có khối lượng chỉ gấp khoảng hàng triệu lần Mặt trời chứ không phải hàng tỷ, đối với một thiên hà ở độ tuổi này.

Trong khi đó, các thiên hà vẫn đang trong giai đoạn hình thành sao, lỗ đen đã không gây ra sự ngăn chặn. Nghiên cứu kết luận rằng lỗ đen CID-947 đang trong giai đoạn hình thành cuối cùng, và chúng ta đang chứng kiến việc nó ngừng phát triển.

Điều này là rất quan trọng, vì CID-947 có thể được xem như một phiên bản lỗ đen đầu tiên được phát hiện thuộc về những thiên hà siêu khổng lồ nhất trong vũ trụ ngày nay. Đó là vì nếu chúng ta có những thiên hà vô cùng lớn trong vũ trụ ngày nay, thì chúng phải đến từ một thứ gì đó có khối lượng lớn trong vũ trụ trước đó. Quan trọng hơn, chúng ở nơi này từ thời kỳ đầu và chưa từng có ý định dập tắt sự hình thành của thiên hà chủ, nghĩa là chúng có thể phát triển lớn hơn theo thời gian.

Nói cách khác, có lẽ có nhiều “con rồng” lớn hơn chúng ta nghĩ đang ẩn núp ngoài kia: Khi chúng ta đang khám phá những phần càng ngày càng lớn hơn của vũ trụ, có lẽ một bản đồ với các dấu hiệu cảnh báo rõ ràng sẽ lần lượt ra đời?

Kevin Pimbblet là một giảng viên vật lý cao cấp tại Đại học Hull. Bài biết này đã được xuất bản lần đầu ở TheConversation.com

Thanh Phong dịch từ The Epoch Times