Lỗ đen cổ nhất từng được quan sát

Các quan sát của kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) cho thấy nó nằm ở trung tâm của một thiên hà hình thành 440 triệu năm sau vụ nổ lớn. Với khối lượng gấp khoảng một triệu lần mặt trời, hố đen mới phát hiện lớn đến mức đáng kinh ngạc đối với một lỗ đen vừa hình thành, đặt ra câu hỏi tại sao nó lại lớn nhanh đến vậy.

Giáo sư Roberto Maiolino - nhà vật lý thiên văn tại Đại học Cambridge, người đứng đầu cuộc quan sát, cho biết: “Điều ngạc nhiên là nó rất lớn. Đó là điều bất ngờ nhất.”

Các quan sát, được công bố trên Arxiv, không chụp ảnh trực tiếp hố đen, vì không ánh sáng nào có thể thoát khỏi lực hấp dẫn của nó. Nhưng các nhà thiên văn học đã phát hiện ra những dấu hiệu của hố đen thông qua đĩa bồi tụ của nó, quầng khí và bụi xoáy nhanh xung quanh hố đen.

Các nhà thiên văn học tin rằng những lỗ đen sớm nhất có thể giúp giải thích cách các lỗ đen khổng lồ ở trung tâm các thiên hà như Dải Ngân hà hình thành. Giả thuyết trước đây cho rằng các lỗ đen khổng lồ đã lớn dần trong gần 14 tỷ năm, phát triển đều đặn thông qua sự hợp nhất các hố đen và bằng cách nuốt chửng các ngôi sao và các vật thể khác. Nhưng giả thuyết "quả cầu tuyết" này không thể giải thích vì sao các hố đen siêu lớn đã hình thành từ rất sớm, từ buổi bình minh của vũ trụ.

Những quan sát mới nhất về thiên hà có tên GN-z11 và hố đen ở trung tâm thiên hà cho thấy rằng chúng đã được sinh ra với kích thước lớn hoặc đã lớn lên cực kỳ nhanh chóng.

Giáo sư Andrew Pontzen - nhà vũ trụ học tại Đại học College London, người không tham gia nghiên cứu, cho biết: “Hiểu được lỗ đen đến từ đâu ngay từ đầu luôn là một câu đố, nhưng bây giờ câu đố đó dường như ngày càng sâu sắc hơn. Những kết quả này, sử dụng sức mạnh của JWST để quay ngược thời gian, cho thấy một số lỗ đen đã phát triển với tốc độ khủng khiếp trong buổi đầu của vũ trụ, nhanh hơn nhiều so với chúng ta mong đợi.”

Một lời giải thích, được gọi là kịch bản hạt nặng, là thế hệ lỗ đen đầu tiên được sinh ra từ sự sụp đổ trực tiếp của những đám mây khí khổng lồ, chứ không phải từ những ngôi sao cháy rụi sụp đổ dưới lực hấp dẫn của chính chúng. Một khả năng khác là các cụm sao và lỗ đen đặc đã sáp nhập rất nhanh trong vũ trụ sơ khai.

Giả thuyết thứ ba, mang tính suy đoán hơn, là sự tồn tại của cái gọi là lỗ đen nguyên thủy xuất hiện trong quá trình lạm phát vũ trụ, thời kỳ vũ trụ giãn nở nhanh hơn ánh sáng xảy ra một phần giây sau vụ nổ lớn.

Pontzen nói: “Nếu điều đó là đúng thì nó sẽ có những tác động sâu sắc đối với phần mở đầu của một giây trong vũ trụ của chúng ta. Dù thế nào đi nữa, câu chuyện về cách các lỗ đen và các thiên hà lớn lên cùng nhau là một câu chuyện hấp dẫn mà chúng ta chỉ mới bắt đầu tìm hiểu".

Đây là phát hiện mới nhất trong một loạt khám phá đáng kinh ngạc của đài quan sát không gian của Nasa chỉ hai năm sau khi phóng. JWST nhạy hơn khoảng 100 lần so với các kính thiên văn trước đây, chẳng hạn như Hubble, trong việc phát hiện ánh sáng hồng ngoại, phần quang phổ được sử dụng để quan sát các vật thể ở xa nhất. “Về cơ bản nó tương đương với việc nâng cấp kính thiên văn Galileo lên kính thiên văn hiện đại", Maiolino cho biết. “Vũ trụ khá hào phóng. Chúng tôi thực sự đang tìm thấy những điều mà chúng tôi không mong đợi.”

https://www.theguardian.com/science/2023/dec/10/revealed-the-oldest-black-hole-ever-observed-dating-to-dawn-of-universe