Siêu hố đen đang lớn rất nhanh, khoa học bó tay

Dù đã biết các siêu hố đen nặng hơn Mặt Trời hàng tỷ lần và nằm ở tâm của thiên hà, các nhà khoa học vẫn chưa rõ tại sao chúng lớn nhanh đến như vậy.

Theo ước tính, vũ trụ đã gần 14 tỷ năm tuổi. Các nghiên cứu cho thấy siêu hố đen tồn tại trong giai đoạn sơ khai, tức 800 triệu năm sau khi vũ trụ hình thành. Về lý thuyết, phải mất rất lâu để hố đen lớn lên, nhưng tại sao chúng lại tăng khối lượng nhanh đến thế?

Đây là câu hỏi thách thức sự hiểu biết của con người về các sự kiện không-thời gian (spacetime event). Ngày 27/3, nghiên cứu được đăng tải trên The Astrophysical Journal đã phần nào tìm ra câu trả lời.

Các siêu hố đen có thể đã hình thành 800 triệu năm sau vụ nổ Big Bang. (Ảnh: NASA).

Lumen Boco, đồng tác giả nghiên cứu cho biết họ sử dụng mô hình lý thuyết để theo dõi sự hình thành và lớn lên trong giai đoạn đầu của các siêu hố đen. Kết quả cho thấy chúng phát triển nhanh chóng do sự hợp nhất của sao neutron và các hố đen nhỏ hơn.

Theo The Next Web, các nhà nghiên cứu đã kiểm tra bằng chứng quan sát về sự lớn lên của siêu hố đen ở trung tâm thiên hà, cũng là nơi chúng hình thành trong giai đoạn đầu. Ở thời điểm đó, thiên hà có hàm lượng khí cao, tốc độ hình thành sao rất nhanh.

"Các ngôi sao lớn tồn tại trong thời gian ngắn rồi phát triển thành hố đen sao (stellar black hole)... Dù không lớn nhưng đa phần chúng được hình thành trong các thiên hà này", Andrea Lapi, cố vấn của Boco cho biết.

Khối khí dày xung quanh thiên hà có hiệu ứng ma sát động mạnh khiến các hố đen nhỏ bị hút đến vùng trung tâm. Chúng kết hợp với nhau tạo nên hạt giống (seed) góp phần hình thành siêu hố đen.

Thời gian lớn lên của siêu hố đen nhanh hơn rất nhiều so với lý thuyết cổ điển. (Ảnh: NASA).

"Theo lý thuyết cổ điển, một siêu hố đen lớn lên tại tâm thiên hà sẽ thu nhận các vật chất xung quanh, chủ yếu là khí, tự nuôi chúng lớn dần rồi nuốt chửng.

Do đó, trong giai đoạn đầu khi khối lượng còn nhỏ, hố đen lớn rất chậm. Theo tính toán, để đạt khối lượng gấp hàng tỷ lần Mặt Trời, chúng sẽ cần khoảng thời gian lâu hơn tuổi của vũ trụ", Boco cho biết.

Tuy nhiên, nghiên cứu cho thấy sự phát triển lớn lên trong thực tế của siêu hố đen nhanh hơn rất nhiều. Theo đó, quá trình di chuyển và hợp nhất các hố đen sao có thể giúp hạt giống siêu hố đen đạt khối lượng gấp 10.000-100.000 lần Mặt Trời chỉ trong 50-100 triệu năm.

Nhóm nghiên cứu còn đưa ra kỹ thuật để các nhà thiên văn học kiểm chứng lý thuyết mà họ đưa ra. Sự kết hợp nhiều hố đen sao với hạt giống hố đen ở trung tâm thiên hà sẽ tạo ra sóng hấp dẫn có thể phát hiện bằng máy dò.

Cụ thể, các hệ thống như LIGO hay VIRGO có khả năng ghi nhận sóng hấp dẫn phát ra trong giai đoạn đầu của sự hình thành siêu hố đen. Bên cạnh đó, kính thiên văn Einstein trong tương lai không chỉ phát hiện sóng hấp dẫn mà còn có thể phân tích, mô tả chúng. Giao thoa kế không gian LISA dự kiến hoạt động năm 2034 sẽ phân tích giai đoạn kế tiếp của sự hình thành siêu hố đen.

• Hố đen quái vật lớn gấp 100.000 lần Mặt Trời
• 5.000 siêu hố đen ẩn trong ảnh chụp tia X của NASA