Các nhà thiên văn học tin rằng có một lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của hầu hết mọi thiên hà trong vũ trụ. Không giống như các lỗ đen khối sao, các phiên bản siêu lớn có thể đã hình thành khác nhau, đi từ một đám mây khí trực tiếp sang lỗ đen - bỏ qua hoàn toàn giai đoạn sao.
Kể từ khi phát hiện ra, các nhà thiên văn học vẫn không thể thực sự biết những hố đen khổng lồ đã diễn ra như thế nào. Nhưng họ ở đó, bên trong hầu hết các thiên hà. Trên thực tế, các quan sát chuẩn tinh cho thấy các hố đen siêu lớn đã có mặt trong Vũ trụ sơ khai. Chuẩn tinh là một trong những vật thể sáng nhất trong Vũ trụ, phát ra từ bức xạ phát ra từ các lỗ đen siêu lớn đang tích cực tiêu thụ vật liệu.
Một khả năng là những con quái vật này có khởi đầu khiêm tốn, khởi đầu là một ngôi sao lớn, đi siêu tân tinh, và sau đó trở thành một lỗ đen. Nó là một nhà thiên văn học quá trình hiểu khá rõ. Vấn đề với lý thuyết này là những hố đen siêu lớn đầu tiên này phải phát triển liên tục ngay từ đầu, với tốc độ tối đa được dự đoán bởi vật lý. Và như chúng ta thấy ngày nay, các thiên hà trải qua các giai đoạn hoạt động và không hoạt động tùy thuộc vào thời điểm lỗ đen của chúng tiêu thụ vật liệu.
Nhưng một khả năng thứ hai là những lỗ đen này hình thành trực tiếp, kéo theo rất nhiều vật chất đến mức chúng hoàn toàn bỏ qua giai đoạn sao.
Tiến sĩ Mitchell C. Begelman, giáo sư Khoa Khoa học Vật lý và Hành tinh tại Đại học Colorado, Boulder gần đây đã xuất bản một bài báo có tựa đề Có phải lỗ đen siêu lớn hình thành do sụp đổ trực tiếp? Bài viết này phác thảo lý thuyết thay thế về sự hình thành lỗ đen trong Vũ trụ sơ khai.
Sau Vụ nổ lớn, Vũ trụ đủ lạnh để các ngôi sao đầu tiên hình thành từ hydro và heli ban đầu. Đây là vật liệu thuần túy, không bị ô nhiễm bởi các thế hệ sao trước đó. Các nhà thiên văn học đã tính toán rằng những ngôi sao đầu tiên này, được gọi là Dân số III, sẽ có tỷ lệ tối đa mà họ có thể tập hợp vật chất lại với nhau để tạo thành một ngôi sao.
Nhưng nếu có nhiều khí hơn xung quanh thì sao? Cách vượt quá giới hạn có thể tạo thành một ngôi sao.
Với một ngôi sao thông thường, vật chất đến tương đối chậm, tạo ra một khối trung tâm. Với khối lượng đủ lớn, ngôi sao bốc cháy, và điều này tạo ra và áp lực ra bên ngoài khiến vật liệu không thể nén quá chặt.
Nhưng Tiến sĩ Begelman đã tính toán rằng nếu tốc độ không vượt quá chỉ một phần mười khối lượng mặt trời mỗi năm, lõi sao sẽ bị ràng buộc chặt chẽ đến mức việc giải phóng năng lượng của phản ứng tổng hợp hạt nhân sẽ không đủ để ngăn chặn lõi tiếp tục hợp đồng. Bạn sẽ không bao giờ có một ngôi sao, bạn sẽ chỉ đi từ một đám mây hydro đến một khối trung tâm bị ràng buộc chặt chẽ. Và rồi một lỗ đen.
Câu hỏi là, liệu có thể có được vật liệu đến với nhau nhanh như vậy? Nó có thể, nếu có thứ gì đó đẩy nó như một vật chất tối. Theo Tiến sĩ Begelman, có thể có một số tình huống mà một lực bên ngoài, như trọng lực từ một quầng sáng lớn của vật chất tối có thể hoạt động để buộc khí vào khu vực trung tâm. Trên thực tế, vật liệu này đã được tính toán rơi vào lỗ đen một cách nhanh chóng, bởi vì đó là tốc độ cần thiết cho các chuẩn tinh. Nhưng câu hỏi là, cái này sẽ hoạt động nếu lỗ đen không có ở đó, hay thực sự nhỏ.
Một khi có một vài khối lượng khí tích lũy mặt trời, lõi bắt đầu co lại dưới sức kéo của khối lượng ngày càng tăng của nó. Đối tượng trải qua một thời gian ngắn của phản ứng tổng hợp hạt nhân khi nó đạt tới 100 khối lượng mặt trời, nhưng nó đi qua giai đoạn này nhanh đến mức nó không có cơ hội mở rộng trở lại.
Cuối cùng, vật thể đạt tới vài nghìn khối lượng mặt trời và nhiệt độ của nó đã lên tới vài trăm triệu độ. Tại thời điểm này, lực hấp dẫn cuối cùng đã chiếm lấy, làm sụp đổ lõi và biến vật thể thành một lỗ đen khối lượng mặt trời 10-20, sau đó bắt đầu tiêu thụ toàn bộ khối lượng xung quanh nó.
Từ thời điểm này, lỗ đen có thể thu hút vật liệu xa hơn một cách hiệu quả, phát triển ở mức tối đa được dự đoán bởi vật lý, cuối cùng thu thập khối lượng gấp hàng triệu lần Mặt trời. Nếu có quá nhiều vật liệu rơi vào, lỗ đen siêu lớn bé có thể hoạt động giống như một quasar mini - Tiến sĩ Begelman đã đặt tên cho nó là một quasistar Hồi - rực sáng với bức xạ khi vật chất ngấm vào trong lỗ đen xung quanh.
Và có một tin tốt: những quasistar này có thể được phát hiện bằng kính viễn vọng mạnh mẽ. Tuy nhiên, chúng sẽ có tuổi thọ rất ngắn, chỉ kéo dài 100.000 năm. Chúng có thể được phát hiện bên lề bởi Kính viễn vọng Không gian James Webb sắp tới.
Nguồn gốc: Giấy Arxiv
