Các lỗ đen siêu lớn trong vũ trụ hình thành như thế nào?

Lỗ đen là một thiên thể được Einstein dự đoán từ hơn 100 năm trước, nhưng phải đến năm 2019, con người mới chụp được bức ảnh thực sự đầu tiên về lỗ đen, đó là lỗ đen ở trung tâm thiên hà M87 (Messier 87), cách Trái đất khoảng 54 triệu năm ánh sáng.

Là một lỗ đen siêu lớn nằm ở trung tâm của một thiên hà, khối lượng của nó gấp 6,5 tỷ lần khối lượng Mặt Trời, so với khối lượng của lỗ đen Sagittarius A* công bố năm 2022 thì nó chỉ bằng 4,4 triệu lần khối lượng Mặt Trời.

Lỗ đen siêu lớn nằm ở trung tâm một thiên hà tương đối gần đó có tên Messier 87, hay M87, cách Trái đất khoảng 54 triệu năm ánh sáng (1 năm ánh sáng là khoảng cách ánh sáng di chuyển trong 1 năm, tương đương 9.500 tỷ km). (Ảnh: Space).

Các nhà thiên văn học hiện nay cho rằng trong vũ trụ chủ yếu có hai loại lỗ đen, thứ nhất là lỗ đen cấp sao được hình thành do sự sụp đổ của vùng lõi sau khi một ngôi sao lớn chết đi, khối lượng của lỗ đen này vào khoảng hàng chục đến hàng trăm lần so với Mặt Trời.

Loại lỗ đen thứ hai là lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của mỗi thiên hà. Khối lượng của chúng từ hàng triệu đến hàng chục tỷ lần khối lượng của Mặt Trời .Có 2 nghìn tỷ thiên hà trong vũ trụ quan sát được.Trong trường hợp này, các nhà thiên văn tin rằng cũng có 2 nghìn tỷ siêu lỗ đen.

Hiện tại, tổng khối lượng của tất cả các lỗ đen sao và lỗ đen siêu lớn gần tương đương với 1% tổng khối lượng của vũ trụ, con số này cũng có nghĩa là 1% vũ trụ đã bị lỗ đen nuốt chửng.

Trước đây, cộng đồng khoa học cho rằng các lỗ đen siêu lớn trong vũ trụ đều đến từ sự va chạm và hợp nhất của các lỗ đen sao, bởi vì không thiếu những ngôi sao già có khối lượng lớn ở trung tâm mọi thiên hà, và khi chúng đều trở thành lỗ đen, chúng sẽ hợp nhất dưới tác dụng của trọng lực thành các lỗ đen lớn hơn, chỉ cần thời gian đủ dài thì có thể tạo ra các lỗ đen siêu lớn.

Lỗ đen vũ trụ được cho là hình thành khi một ngôi sao khổng lồ chết đi. Sau khi nhiên liệu hạt nhân của ngôi sao cạn kiệt, lõi ngôi sao sụp đổ đến trạng thái vật chất dày đặc hơn 100 lần so với hạt nhân nguyên tử, dày đặc tới mức proton, neutron và electron không còn là những hạt rời rạc nữa. (Ảnh: Zhihu)

Tuy nhiên, với tin tức về sự tồn tại của các lỗ đen siêu lớn cách chúng ta hàng chục tỷ năm ánh sáng do kính thiên văn Webb phát hiện, giả thuyết về việc hợp nhất các lỗ đen sao thành các siêu lỗ đen đã trở nên bất khả thi.

Bởi vì trong những ngày đầu của Vụ nổ lớn cách đây hơn 10 tỷ năm, vũ trụ của chúng ta chỉ có một vài ngôi sao và chúng cũng không đủ để hình thành các lỗ đen siêu lớn, điều đó cho thấy có những nguyên nhân khác giải thích cho nguồn gốc của các lỗ đen siêu lớn.

Theo đó các nhà thiên văn học đã đưa ra lý thuyết phôi lỗ đen để giải thích cho sự hình thành của những lỗ đen siêu lớn trong vũ trụ.

Lý thuyết này cho rằng các lỗ đen siêu lớn trong vũ trụ tồn tại vào thời kỳ đầu của Vụ nổ lớn, khi đó chúng chỉ là những hạt giống của các lỗ đen, có kích thước nhỏ nhưng sẽ tăng lên theo sự giãn nở của vũ trụ. Các hạt giống lỗ đen ở gần tâm của Vụ nổ lớn sẽ trở thành một lỗ đen siêu lớn trong một thời gian ngắn.

Đây là lý do tại sao kính viễn vọng James Webb có thể phát hiện ra siêu lỗ đen cách chúng ta hàng chục triệu năm ánh sáng, đồng thời nó cũng là nguyên nhân hình thành các siêu lỗ đen ở trung tâm Dải Ngân hà và trung tâm thiên hà M87.

Về lâu dài, các lỗ đen siêu lớn trong vũ trụ sẽ tiếp tục nuốt chửng các ngôi sao gần đó và tăng kích thước, vì vậy, một số người lo lắng rằng mọi vật chất trong vũ trụ sẽ bị lỗ đen nuốt chửng trong tương lai, nhưng lo lắng này thực ra là vô căn cứ, bởi vì các lỗ đen siêu lớn hiện có đã không còn ngôi sao nào ở gần nữa.

Dù là một ngôi sao hay cụm sao hình cầu, chúng đều đã nằm bên ngoài chân trời sự kiện của lỗ đen và sẽ chỉ bị ảnh hưởng bởi lực hấp dẫn của lỗ đen. Do đó, chúng sẽ không bị lỗ đen nuốt chửng.

Lỗ đen là vùng tối nên được phát hiện khi quay quanh một ngôi sao bình thường. Những đặc tính của ngôi sao bình thường giúp các nhà thiên văn suy ra được những đặc tính của đối tượng đồng hành tối, đó là lỗ đen. Lỗ đen đầu tiên được xác nhận là Cygnus X-1, nguồn tia X sáng nhất trong chòm sao Thiên Nga. Kể từ đó, rất nhiều lỗ đen vũ trụ khác đã được phát hiện trong những hệ thống mà một ngôi sao bình thường đi theo quỹ đạo với một lỗ đen. (Ảnh: ZME)

Ở thời điểm hiện tại, con người chỉ có thể giải quyết được một phần trong nhiều bí ẩn về lỗ đen. Nếu chúng ta có thể tạo ra một lỗ đen thu nhỏ trong tương lai hoặc phát hiện ra một lỗ đen sao ở cự ly gần hơn, các nhà thiên văn học sẽ có thể tìm hiểu về chúng thậm chí tìm ra cách sử dụng các đặc tính của lỗ đen để làm biến dạng không-thời gian, và tìm ra phương pháp tạo ra lỗ sâu.

Một khi làm chủ được công nghệ lỗ sâu, nền văn minh nhân loại có thể trong thời gian ngắn di chuyển đến những địa điểm kéo dài hàng chục triệu năm ánh sáng và trở thành một nền văn minh vũ trụ thực sự.

• Phát hiện gây choáng về sức mạnh các lỗ đen siêu lớn
• 10 sự thật hấp dẫn về lỗ đen
• Tìm ra các UFO bay ra từ lỗ đen siêu lớn