Khoảng 13 tỷ năm trước, khi vũ trụ của chúng ta vẫn chỉ là một khởi động xáo trộn, vũ trụ đã đạt được một vệt sáng tạo và tạo ra các lỗ đen siêu lớn bên trái, phải và trung tâm.
Các nhà thiên văn học vẫn có thể lén nhìn vào những di tích của vũ trụ sơ khai khi họ nhìn vào các quasar, những vật thể cực kỳ to lớn, sáng chói được cho là được cung cấp bởi các lỗ đen lớn gấp hàng tỷ lần so với mặt trời của Trái đất. Tuy nhiên, sự tồn tại của những vật thể cổ xưa này đặt ra một vấn đề. Nhiều quasar dường như bắt nguồn từ 800 triệu năm đầu tiên của vũ trụ, rất lâu trước khi bất kỳ ngôi sao nào có thể phát triển lớn hoặc đủ lớn để sụp đổ dưới khối lượng riêng của chúng, phát nổ trong siêu tân tinh và tạo thành một lỗ đen.
Vậy, những lỗ hổng cũ trong kết cấu không gian đến từ đâu? Theo một lý thuyết phổ biến, có lẽ tất cả những gì nó cần là rất nhiều khí.
Trong một nghiên cứu mới, được xuất bản ngày 28 tháng 6 trên Tạp chí Vật lý thiên văn, các nhà nghiên cứu đã chạy một mô hình máy tính để chỉ ra rằng một số lỗ đen siêu lớn trong vũ trụ rất sớm có thể hình thành bằng cách tích tụ một lượng khí khổng lồ vào một đám mây bị ràng buộc bởi lực hấp dẫn. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng, trong vài trăm triệu năm, một đám mây đủ lớn như vậy có thể sụp đổ dưới khối lượng của chính nó và tạo ra một lỗ đen nhỏ - không cần siêu tân tinh.
Những đối tượng lý thuyết này được gọi là lỗ đen sụp đổ trực tiếp (DCBH). Theo chuyên gia về lỗ đen Chaianu Basu, tác giả chính của nghiên cứu mới và nhà vật lý thiên văn tại Đại học Western ở London, Ontario, một trong những đặc điểm xác định của DCBH là chúng phải hình thành rất nhanh trong một khoảng thời gian rất ngắn trong vũ trụ sơ khai.
"Các lỗ đen được hình thành trong khoảng thời gian chỉ khoảng 150 triệu năm và phát triển nhanh chóng trong thời gian này", Basu nói với Live Science trong một email. "Những cái hình thành trong phần đầu của cửa sổ thời gian 150 triệu năm có thể tăng khối lượng của chúng lên gấp 10 nghìn."
Làm thế nào để một đám mây khí trở thành một lỗ đen? Theo một nghiên cứu năm 2017, một sự biến đổi như vậy đòi hỏi hai thiên hà có tính cách rất khác nhau: một trong số chúng là một đại lượng vũ trụ tạo thành rất nhiều ngôi sao bé và một đống khí không có chìa khóa thấp.
Khi các ngôi sao mới hình thành trong thiên hà bận rộn, chúng phát ra một luồng bức xạ nóng liên tục quét qua thiên hà lân cận, ngăn không cho khí ở đó kết lại thành các ngôi sao. Trong vòng vài trăm triệu năm, đám mây khí không sao đó có thể tích tụ rất nhiều vật chất đến nỗi nó chỉ sụp đổ dưới sức nặng của chính nó, tạo thành một lỗ đen mà không bao giờ tạo ra một ngôi sao, Basu tìm thấy.
Chẳng mấy chốc, lỗ đen "hạt giống" này có thể tiếp tục đạt đến trạng thái siêu lớn bằng cách nhanh chóng nuốt chửng vật chất từ tinh vân gần đó - có thể sinh ra các quasar khổng lồ mà chúng ta có thể thấy ngày nay.
Theo Basu, hành động vũ đạo vũ trụ này có thể chỉ có thể xảy ra trong một thời gian ngắn, trong vòng 800 triệu năm đầu tiên của vũ trụ, trước khi không gian trở nên quá đông đúc với các ngôi sao và các lỗ đen khác để quá trình xảy ra. Trong vòng 1 tỷ năm sau Vụ nổ lớn, có thể đã có quá nhiều bức xạ nền trong vũ trụ đến nỗi một lỗ đen siêu lớn sẽ phải vật lộn để tìm đủ khí để hút và tiếp tục tăng trưởng theo cấp số nhân.
"Chúng tôi đang giả định rằng không có sản xuất lỗ đen mới sau giai đoạn 150 triệu năm này", Basu nói. "Điều này giải thích tại sao có sự sụt giảm mạnh về số lượng lỗ đen trên một khối lượng và độ sáng nhất định trong vũ trụ."
Trong khi các DCBH vẫn còn lý thuyết cho đến bây giờ, một số nhà thiên văn học cho rằng Kính thiên văn vũ trụ Hubble có thể đã thực sự bắt được một vật thể như vậy vào năm 2017. Theo các tác giả của một nghiên cứu từ năm đó về chủ đề này, một ngôi sao khổng lồ đã biến mất trước máy ảnh của Hubble mắt, biến mất mà không có đèn flash của siêu tân tinh. Giải thích tốt nhất, các nhà nghiên cứu đã viết, là ngôi sao khổng lồ chỉ đơn giản sụp đổ vào một lỗ đen mà không có bất kỳ sự hào hoa hay pháo hoa nào.
Trong cuộc điều tra nhiều năm mà đỉnh điểm là nghiên cứu năm 2017, sáu ngôi sao khác gần đó đã phát nổ và giận dữ, cho thấy khoảng 1 trong 7 (14%) ngôi sao lớn gặp nhau khi chỉ đơn giản là biến mất vào khoảng trống.
