Phát hiện ra "cửa sau" của Lỗ đen: Tạo ra các ngôi sao thay vì "nuốt chửng" chúng?

07/01/2023 - Lượt xem: 445

Nhà bác học thiên tài người Anh Stephen Hawking đã từng tuyên bố: Lỗ đen có thể là cánh cửa dẫn tới một vũ trụ khác. Thật phù hợp, khi một nghiên cứu gần đây cho thấy một lỗ đen của một thiên hà lùn đang "sản sinh" ra các ngôi sao thay vì "nuốt chửng" chúng.

Liệu lỗ đen có thực sự là một cánh cửa hay đường hầm để tới vũ trụ khác?

Một lỗ đen lại làm điều ngược lại là "sản sinh" các ngôi sao thay vì "nuốt chửng" chúng, đây có phải là cửa sau của lỗ đen? (Ảnh minh hoạ: Miraclealpha)

Thường được miêu tả là những con quái vật hủy diệt, "nuốt chửng" bất cứ vật chất nào cũng như ánh sáng; một lỗ đen lại làm điều ngược lại là 'sản sinh' các ngôi sao, trong nghiên cứu mới nhất từ Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA.

Một lỗ đen ở trung tâm của thiên hà lùn Henize 2-10 đang tạo ra các ngôi sao thay vì ngấu nghiến "nuốt chửng" chúng. Hố đen rõ ràng đang có đóng góp vào một cơn bão hình thành sao mới đang diễn ra trong thiên hà lùn này.

Các nghiên cứu về thiên hà lùn Heniza 2-10

Thiên hà lùn Heniza 2-10 nằm cách chúng ta 30 triệu năm ánh sáng, ở phía nam chòm sao Pyxis. Một thập kỷ trước, thiên hà nhỏ này đã gây ra cuộc tranh luận giữa các nhà thiên văn học về việc liệu các thiên hà lùn chứa các lỗ đen này có tỷ lệ thuận với các khối vật chất khổng lồ tại tâm của các thiên hà lớn hơn hay không.

Thiên hà lùn nhỏ bé Henize 2-10, chỉ chứa 1/10 số lượng các ngôi sao so với Dải Ngân hà của chúng ta, sẵn sàng đóng một vai trò quan trọng trong việc giải quyết bí ẩn về nguồn gốc của các lỗ đen siêu lớn.

Amy Reines, người đã công bố bằng chứng đầu tiên về lỗ đen trong thiên hà lùn trong nghiên cứu của mình trên trang Nature vào năm 2011 với tiêu đề: Một lỗ đen khổng lồ đang tích tụ trong thiên hà Henize 2-10, nơi đang có sự bùng nổ sinh sản ra các ngôi sao, cho biết: “Mười năm trước, khi còn là một sinh viên mới tốt nghiệp, tôi nghĩ rằng mình sẽ dành sự nghiệp của mình cho việc hình thành sao, nhưng tôi đã xem dữ liệu từ Henize 2-10 và mọi thứ đã thay đổi”.

Ông cũng là nhà điều tra chính về các quan sát mới của Hubble, công bố một nghiên cứu mới trên tạp chí Nature ngày 19 tháng 1 năm 2022: Lỗ đen trong thiên hà lùn Henize 2-10 đang kích thích sự hình thành các ngôi sao.

“Ngay từ đầu tôi đã biết có điều gì đó bất thường và đặc biệt đang xảy ra ở Henize 2-10, và giờ đây Hubble đã cung cấp một bức tranh rất rõ ràng về mối liên hệ giữa lỗ đen và vùng hình thành sao lân cận nằm cách lỗ đen 230 năm ánh sáng”, Reines nói.

Hình ảnh về một lỗ đen trong Henize 2-10

Mối liên hệ này thể hiện trên thực tế là một luồng khí trải dài khắp không gian giống như một sợi dây rốn kết nối lỗ đen đến một vườn ươm sao. Khu vực này là nơi có một kén khí dày đặc và có một dòng chảy khí với tốc độ thấp va chạm vào nó. Quang phổ Hubble cho thấy dòng chảy đang di chuyển với tốc độ khoảng 1,6 triệu km một giờ, lao thẳng vào lớp khí dày đặc, giống như vòi tưới nước tưới vào một đống đất làm nó lan rộng ra.

Các cụm sao mới sinh nằm rải rác trên đường lan rộng của dòng chảy ra bên ngoài, tuổi của chúng cũng được Hubble tính toán. Đây là tác động ngược lại với những gì được thấy ở các thiên hà lớn hơn, nơi vật chất rơi vào lỗ đen lập tức bị từ trường hút vào, tạo thành các tia plasma rực lửa di chuyển với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng.

Các đám mây khí bị cuốn vào đường đi của các tia sẽ bị đốt nóng vượt xa khả năng hạ nhiệt của chúng và hình thành các ngôi sao. Nhưng với lỗ đen nhỏ hơn ở Henize 2-10, và dòng chảy ra nhẹ nhàng hơn của nó, khí được nén vừa đủ để kết tủa cho sự hình thành các ngôi sao mới.

“Chỉ cách 30 triệu năm ánh sáng, Henize 2-10 đủ gần để Hubble có thể chụp được cả hình ảnh và bằng chứng quang phổ về dòng chảy ra của lỗ đen rất rõ ràng. Điều ngạc nhiên nữa là, thay vì ngăn chặn sự hình thành sao, dòng chảy ra lại kích hoạt sự ra đời của các ngôi sao mới”, Zachary Schutte, nghiên cứu sinh của Reines và là tác giả chính của nghiên cứu mới cho biết.

Kể từ lần phát hiện đầu tiên về phát xạ tia X và vô tuyến đặc biệt trong Henize 2-10, Reines đã nghĩ rằng chúng có khả năng đến từ một lỗ đen khổng lồ, nhưng không siêu nặng như được thấy trong các thiên hà lớn hơn. Tuy nhiên, các nhà thiên văn học khác cho rằng bức xạ có nhiều khả năng được phát ra từ tàn dư siêu tân tinh, đây là hiện tượng quen thuộc trong một thiên hà đang nhanh chóng bơm ra những ngôi sao nặng và sẽ nhanh chóng phát nổ.

“Độ phân giải đáng kinh ngạc của Hubble cho thấy sự vận động của dòng chảy này có thể khớp với mô hình dòng chảy tiến động hoặc dao động từ một lỗ đen. Tàn dư siêu tân tinh sẽ không vận hành theo mô hình đó, và do đó, đây thực sự là bằng chứng đảm bảo rằng đây là một lỗ đen”.

Câu hỏi lớn về sự hình thành các lỗ đen trong vũ trụ sơ khai

Reines hy vọng rằng sẽ có nhiều nghiên cứu hơn nữa nhắm vào các lỗ đen của thiên hà lùn trong tương lai; qua đó chúng ta sẽ hiểu biết hơn về cách thức các lỗ đen siêu nặng hình thành trong vũ trụ sơ khai. Đó là một câu đố lâu dài đối với các nhà thiên văn học.

Mối quan hệ giữa khối lượng của thiên hà và lỗ đen của nó có thể cung cấp manh mối cho các nhà nghiên cứu thiên văn. Lỗ đen ở Henize 2-10 có khối lượng khoảng một triệu lần Mặt Trời. Trong các thiên hà lớn hơn, các lỗ đen có thể lớn hơn một tỷ lần khối lượng Mặt trời của chúng ta. Thiên hà chủ càng nặng thì lỗ đen trung tâm càng nặng.

Các lý thuyết hiện tại về nguồn gốc của các lỗ đen siêu lớn được chia thành ba loại:

Chúng hình thành giống như các lỗ đen có khối lượng sao nhỏ hơn, từ sự bùng nổ của các ngôi sao và bằng cách nào đó đã thu thập đủ vật chất để phát triển thành siêu lớn;

Các điều kiện đặc biệt trong thời kỳ đầu cho phép hình thành các ngôi sao siêu lớn, chúng sụp đổ để tạo thành các “hạt” lỗ đen khổng lồ ngay lập tức;

Các hạt của các lỗ đen siêu lớn tương lai được sinh ra trong các cụm sao dày đặc, nơi khối lượng tổng thể của cụm sao là đủ để bằng cách nào đó tạo ra chúng từ sự suy sụp trọng lượng. Cho đến nay, không có lý thuyết nào về sự hình thành các lỗ đen được cho là khả quan nhất.
Những thiên hà lùn như Henize 2-10 cung cấp manh mối tiềm năng đầy hứa hẹn, bởi vì chúng vẫn còn nhỏ trong thời gian vũ trụ, thay vì trải qua sự phát triển và hợp nhất của các thiên hà lớn như Dải Ngân hà. Các nhà thiên văn học cho rằng các lỗ đen của thiên hà lùn có thể đóng vai trò tương tự như các lỗ đen trong vũ trụ sơ khai, khi chúng mới bắt đầu hình thành và phát triển.

“Kỷ nguyên của những lỗ đen hình thành đầu tiên không phải là điều mà chúng ta có thể nhìn thấy, vì vậy nó thực sự trở thành một câu hỏi lớn: chúng đến từ đâu? Các thiên hà lùn có thể lưu giữ một số ký ức về kịch bản của sự hình thành lỗ đen”, Reines nói.

Nguồn: NTD