Phát hiện lỗ đen nặng gấp một tỷ lần Mặt Trời

Ảnh minh họa về chuẩn tinh (quasar) – lỗ đen siêu khối phát ra bức xạ cực mạnh. Ảnh: ESO.

Trong bài viết trên The Royal Astronomical Society, các nhà nghiên cứu từ Đại học Texas (Mỹ) đã phát hiện lỗ đen nguyên thủy (primordial black hole), nằm ở trung tâm thiên hà COS-87259 với khối lượng gấp một tỷ lần Mặt Trời.

COS-87259 là thiên hà cổ, hình thành 750 triệu năm sau Vụ nổ Lớn (Big Bang). Thiên hà được phát hiện bởi đài quan sát ALMA (Atacama Large Millimeter Array) tại Chile.

Bị che khuất bởi lớp bụi sao hoạt động mạnh, lỗ đen được nhìn thấy trong lúc “nuốt chửng” một phần vật chất quay quanh đĩa bồi tụ, đồng thời tạo ra tia chuyển động với tốc độ gần bằng ánh sáng.

Lỗ đen được nhìn thấy trong giai đoạn phát triển hiếm gặp gọi là trung bình (intermediate). Trong giai đoạn này, lỗ đen có khối lượng lớn hơn lỗ đen sao (stellar) nhưng kém hơn lỗ đen siêu khối, tên khác là chuẩn tinh (quasar).

Sự hình thành chuẩn tinh là một trong những chủ đề khiến giới thiên văn học trăn trở suốt nhiều năm. Theo Live Science, lỗ đen mới phát hiện chỉ là một trong hàng nghìn lỗ đen mà khoa học chưa thể giải thích cặn kẽ, đặc biệt khi chúng hình thành trong vũ trụ sơ khai.

“Việc giải thích sự tồn tại của 15 chuẩn tinh thời kỳ sớm (hình thành cùng thời gian với COS-87259) là thách thức lớn với ngành thiên văn học, do khoảng thời gian sau Big Bang đến khi hình thành lỗ đen khổng lồ như vậy là quá ngắn”, Ryan Endsley, tác giả chính của bài nghiên cứu cho biết.

Lỗ đen sinh ra từ lõi một ngôi sao chết, phát triển bằng cách “nuốt chửng” khí, bụi, sao và các lỗ đen khác trong cùng thiên hà. Nếu phát triển đủ lớn, ma sát sẽ khiến vật chất trong lỗ đen nóng lên và biến đổi thành chuẩn tinh.

Các mô phỏng cho thấy trong một tỷ năm đầu tiên của vũ trụ, các đám mây khí lạnh có thể kết hợp để tạo thành ngôi sao. Chúng nhanh chóng sụp đổ và tạo ra lỗ đen.

Khi vũ trụ phát triển, các lỗ đen đầu tiên nhanh chóng hợp nhất, tạo ra nhiều lỗ đen siêu khối khắp vũ trụ. Tuy nhiên, làm thế nào các tương tác cực mạnh có thể tạo ra lượng lớn lỗ đen siêu khối vẫn là điều bí ẩn.

Hình ảnh 6 thiên hà khổng lồ, hình thành 500-700 triệu năm sau Big Bang. Thiên hà bên trái, hàng dưới chứa lượng sao tương đương Dải Ngân hà nhưng nhỏ hơn 30 lần. Ảnh: NASA, ESA, CSA, LABBE.

Ngày 22/2, một nhóm nhà khoa học phân tích dữ liệu từ kính viễn vọng James Webb đã phát hiện 6 thiên hà, hình thành chỉ 500-700 triệu năm sau Big Bang nhưng khối lượng rất lớn.

Chuyên gia cho biết các thiên hà lớn đến mức không thể tồn tại trong 99% mô hình ngày nay về vũ trụ sơ khai. Khối lượng của chúng đạt mức quá lớn ngay sau Big Bang, và các phép toán của con người chưa thể giải thích.

Giả thuyết khả dĩ cho những thiên hà có thể đến từ số lượng và mức độ tương tác của vụ nổ sao (starburst) nơi hình thành các lỗ đen đầu tiên. Tháng 4/2022, các nhà khoa học đã phát hiện lỗ đen GNz7q đang phát triển rất nhanh, trong một thiên hà cùng tuổi với COS-87259.

Điều đặc biệt là thiên hà của GNz7q có tốc độ tạo sao nhanh hơn 1.600 lần so với Dải Ngân hà. Tốc độ tạo sao của COS-87259 nhanh hơn Dải Ngân hà 1.000 lần, nhưng lỗ đen mới phát hiện lại sáng hơn, nặng gấp 20 lần so với GNz7q.