Lỗ đen siêu lớn (SMBH) rất khó giải thích. Những điểm kỳ dị khổng lồ này được cho là ở trung tâm của mọi thiên hà lớn (Dải Ngân hà của chúng ta có một) nhưng sự hiện diện của chúng đôi khi bất chấp lời giải thích dễ dàng. Theo như chúng ta biết, hố đen hình thành khi những ngôi sao khổng lồ sụp đổ. Nhưng lời giải thích đó không phù hợp với tất cả các bằng chứng.
Lý thuyết sụp đổ sao thực hiện tốt công việc giải thích hầu hết các lỗ đen. Theo lý thuyết đó, một ngôi sao nặng hơn ít nhất năm lần so với Mặt trời của chúng ta bắt đầu cạn kiệt nhiên liệu khi gần hết tuổi thọ. Vì áp lực bên ngoài của phản ứng tổng hợp hạt nhân Ngôi sao là thứ hỗ trợ nó chống lại trọng lực bên trong từ khối lượng của chính nó, nên phải cung cấp một thứ gì đó khi hết nhiên liệu.
Ngôi sao trải qua vụ nổ hypernova, sau đó tự sụp đổ. Những gì trái lại là một lỗ đen. Các nhà vật lý thiên văn nghĩ rằng SMBH bắt đầu theo cách này, và phát triển thành kích thước khổng lồ của chúng bằng cách chủ yếu ‘cho ăn các vật phẩm khác. Chúng phình to về kích thước, và ngồi ở giữa trọng lực giống như một con nhện vỗ béo ở giữa mạng của nó.
Vấn đề với lời giải thích đó là phải mất một thời gian dài để xảy ra.
Ở ngoài vũ trụ, các nhà khoa học đã quan sát SMBH cổ xưa. Vào tháng 3 năm nay, một nhóm các nhà thiên văn học đã công bố phát hiện 83 SMBH cổ xưa đến mức họ đã thách thức sự hiểu biết của chúng tôi. Vào năm 2017, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra một lỗ đen khối lượng mặt trời 800 triệu được hình thành hoàn toàn chỉ sau 690 triệu năm sau Vụ nổ lớn. Chúng ra đời vào những ngày đầu của Vũ trụ, trước khi có thời gian phát triển thành những dạng siêu khổng lồ của chúng.
Nhiều SMBH này nặng gấp hàng tỷ lần so với Mặt trời. Họ đã ở những ca cao đỏ như vậy, rằng chúng phải được hình thành trong 800 triệu năm đầu tiên sau Vụ nổ lớn. Nhưng điều đó không đủ thời gian để mô hình sụp đổ sao giải thích chúng. Câu hỏi mà các nhà vật lý thiên văn phải đối mặt là, làm thế nào mà những lỗ đen đó trở nên lớn như vậy trong thời gian ngắn như vậy?
Một cặp nhà nghiên cứu tại Đại học Western ở Ontario, Canada, nghĩ rằng họ đã tìm ra điều đó. Họ có một lý thuyết mới gọi là sụp đổ trực tiếp, giải thích những SMBH cổ xưa đến khó tin này.
Bài báo của họ có tựa đề là Chức năng hàng loạt của các lỗ đen siêu lớn trong kịch bản sụp đổ trực tiếp và được xuất bản trên Tạp chí Vật lý thiên văn. Các tác giả là Chaianu Basu và Arpan Das. Basu là một chuyên gia được công nhận trong giai đoạn đầu hình thành sao và tiến hóa đĩa tiền đạo. Ông cũng là một giáo sư thiên văn học tại Đại học Western. Das cũng đến từ Khoa Vật lý và Thiên văn học của Western.
Lý thuyết sụp đổ trực tiếp của họ nói rằng các hố đen siêu lớn cổ đại hình thành cực kỳ nhanh chóng trong khoảng thời gian rất ngắn. Rồi đột nhiên, chúng ngừng phát triển. Họ đã phát triển một mô hình toán học mới để giải thích những lỗ đen cổ xưa đang hình thành nhanh chóng này. Họ nói rằng Giới hạn Eddington, là sự cân bằng giữa một lực bức xạ bên ngoài ngôi sao và lực hấp dẫn bên trong, đóng một vai trò.
Trong các lỗ đen sụp đổ trực tiếp này, Giới hạn Eddington điều chỉnh sự tăng trưởng khối lượng và các nhà nghiên cứu nói rằng những lỗ đen cổ xưa này thậm chí có thể vượt quá giới hạn đó một lượng nhỏ, theo cách gọi là siêu bồi Eddington. Sau đó, do bức xạ được tạo ra bởi các ngôi sao và lỗ đen khác, quá trình sản xuất của chúng bị dừng lại.
Các hố đen siêu sao chỉ có một khoảng thời gian ngắn mà chúng có thể phát triển nhanh và sau đó, bởi vì tất cả các bức xạ trong vũ trụ được tạo ra bởi các lỗ đen và các ngôi sao khác, quá trình sản xuất của chúng bị đình trệ một thông cáo báo chí. Đây là kịch bản sụp đổ trực tiếp.
Basu Đây là bằng chứng quan sát gián tiếp cho thấy các lỗ đen bắt nguồn từ sự sụp đổ trực tiếp chứ không phải từ tàn dư của sao, ông Basu nói.
Lý thuyết mới này cung cấp một lời giải thích hiệu quả cho những gì đã là một vấn đề nhức nhối trong thiên văn học trong một thời gian. Basu tin rằng những kết quả mới này có thể được sử dụng với các quan sát trong tương lai để suy ra lịch sử hình thành của các lỗ đen cực lớn tồn tại ở thời kỳ rất sớm trong vũ trụ của chúng ta.
Nguồn:
- Thông cáo báo chí: Các nhà nghiên cứu chiếu ánh sáng vào nguồn gốc của lỗ đen
- Tài liệu nghiên cứu: Chức năng hàng loạt của các lỗ đen siêu lớn trong kịch bản sụp đổ trực tiếp
- Tạp chí vũ trụ: Quá lớn, quá sớm. Quái vật Hố đen xuất hiện ngay sau Vụ nổ lớn
- Đại học Princeton: Các nhà thiên văn học khám phá 83 lỗ đen siêu lớn trong vũ trụ sơ khai
- Wikipedia: Eddington Luminosity (Giới hạn)
