Nó là một trong những câu đố của vũ trụ học và sự tiến hóa của sao: làm thế nào mà các hố đen siêu lớn có được rất tốt, siêu thịtrong vũ trụ sơ khai, khi dường như chưa đủ thời gian để họ tích lũy khối lượng của mình thông qua các quá trình bồi tụ ổn định? Phải mất một thời gian để ăn hết một tỷ khối lượng vật chất mặt trời, thậm chí với một sự thèm ăn lành mạnh và rất nhiều trong phạm vi hấp dẫn. Nhưng vẫn còn đó: các hố đen quái vật là phổ biến trong một số thiên hà xa xôi nhất, phô trương sự phát triển sớm của chúng ngay cả khi Vũ trụ vừa kỷ niệm sinh nhật một tỷ.
Giờ đây, những phát hiện gần đây của các nhà nghiên cứu tại Caltech cho thấy những SMB cổ đại này được hình thành do cái chết của một số loại sao khổng lồ nguyên thủy, khủng long sao kỳ lạ lớn lên và chết trẻ. Trong sự sụp đổ bạo lực của họ không chỉ một mà hai các lỗ đen được hình thành, mỗi lỗ tập hợp khối lượng riêng của mình trước khi cuối cùng kết hợp lại thành một con quái vật siêu lớn duy nhất.
Xem một mô phỏng và tìm hiểu thêm về cách điều này xảy ra dưới đây:
Từ một bài báo Caltech của Jessica Stoller-Conrad:
Để điều tra nguồn gốc của các hố đen siêu lớn trẻ, Christian Reisswig, Nghiên cứu sinh sau tiến sĩ của NASA về Vật lý thiên văn tại Caltech và Christian Ott, trợ lý giáo sư vật lý thiên văn, đã chuyển sang mô hình liên quan đến các ngôi sao siêu lớn. Những ngôi sao khổng lồ, khá kỳ lạ này được đưa ra giả thuyết tồn tại chỉ trong một thời gian ngắn trong Vũ trụ sơ khai.
Đọc thêm: Làm thế nào để lỗ đen có được siêu lớn?
Không giống như các ngôi sao bình thường, các ngôi sao siêu lớn được ổn định chống lại trọng lực chủ yếu bằng bức xạ photon của riêng chúng. Trong một ngôi sao rất lớn, bức xạ photon, dòng photon bên ngoài được tạo ra do nhiệt độ bên trong sao nhiệt độ rất cao, đẩy khí từ ngôi sao ra ngoài để chống lại lực hấp dẫn kéo khí trở lại.
Trong suốt cuộc đời của nó, một ngôi sao siêu lớn từ từ nguội đi do mất năng lượng thông qua sự phát xạ của bức xạ photon. Khi ngôi sao nguội đi, nó trở nên nhỏ gọn hơn và mật độ trung tâm của nó tăng chậm. Quá trình này kéo dài trong một vài triệu năm cho đến khi ngôi sao đạt được độ nén đủ để mất ổn định lực hấp dẫn và để ngôi sao bắt đầu sụp đổ trọng lực.
Các nghiên cứu trước đây dự đoán rằng khi các ngôi sao siêu lớn sụp đổ, chúng duy trì hình dạng hình cầu có thể bị xẹp do quay nhanh. Hình dạng này được gọi là cấu hình trục đối xứng. Kết hợp thực tế là các ngôi sao quay rất nhanh dễ bị nhiễu loạn nhỏ, Reisswig và các đồng nghiệp dự đoán rằng những nhiễu loạn này có thể khiến các ngôi sao lệch vàokhônghình dạng -axisymmetric trong sự sụp đổ. Những nhiễu loạn nhỏ ban đầu như vậy sẽ phát triển nhanh chóng, cuối cùng làm cho khí bên trong ngôi sao sụp đổ bị vón cục và tạo thành các mảnh mật độ cao.
Sự tăng trưởng của các lỗ đen đến quy mô siêu lớn trong vũ trụ trẻ dường như chỉ có thể xảy ra nếu khối lượng ‘hạt của vật thể sụp đổ đã đủ lớn.
- Christian Reisswig, Nghiên cứu sinh sau tiến sĩ của NASA tại Caltech
Những mảnh vỡ này sẽ quay quanh trung tâm của ngôi sao và ngày càng dày đặc hơn khi chúng nhặt được vật chất trong quá trình sụp đổ; chúng cũng sẽ tăng nhiệt độ. Và sau đó, Reisswig nói, một hiệu ứng thú vị bắt đầu. Ở nhiệt độ đủ cao, sẽ có đủ năng lượng để ghép các electron và phản hạt của chúng, hoặc positron, vào cái được gọi là cặp electron-positron. Việc tạo ra các cặp electron-positron sẽ gây ra sự mất áp suất, đẩy nhanh hơn sự sụp đổ; kết quả là, hai mảnh vỡ trên quỹ đạo cuối cùng sẽ trở nên dày đặc đến nỗi một lỗ đen có thể hình thành ở mỗi cụm. Cặp lỗ đen sau đó có thể xoắn quanh nhau trước khi hợp nhất để trở thành một lỗ đen lớn.
Đây là một phát hiện mới Không ai từng dự đoán rằng một ngôi sao sụp đổ có thể tạo ra một cặp lỗ đen sau đó hợp nhất.
Những phát hiện này đã được công bố trong Thư đánh giá vật lý tuần của ngày 11 tháng 10. Nguồn: Bài báo tin tức Caltech của Jessica Stoller-Conrad.
