Phát hiện lỗ đen xa nhất trong vũ trụ

Eduardo Bañados, nhà thiên văn học tại Đại học Carnegie Mellon (Mỹ), và các cộng sự đã phát hiện thấy hố đen khổng lồ J1342 + 0928, cách chúng ta khoảng 13 tỷ năm ánh sáng, có khối lượng lớn gấp 800 triệu lần Mặt Trời.

Đây chính là hố đen xa nhất đã từng được phát hiện, hình thành chỉ 690 triệu năm sau vụ nổ Big Bang. Phát hiện trên đã được công bố trên Nature vào hôm 6/12.

"Quá trình tập hợp vật chất chỉ trong ít hơn 690 triệu năm để tạo nên hố đen là một thách thức rất lớn đối với những lý thuyết về sự phát triển của hố đen khổng lồ" - Bañados cho biết.

J1342 + 0928 nằm giữa một đám mây khí gas siêu sáng xoáy tròn theo hình xoắn ốc ở trung tâm của một giải thiên hà, khiến hình thành nên một thiên thể gọi là chuẩn tinh (quasar). Nó được phát hiện từ dữ liệu của ba cuộc khảo sát tại Đài thiên văn Cerro Tololo Inter-American ở Chile, Vệ tinh Khảo sát Hồng ngoại Trường Rộng (WISE) của NASA, và Khảo sát sâu Bầu trời bằng Hồng ngoại (UKIRT).

Bản thân hố đen không phát ra ánh sáng. Ánh sáng chỉ được tạo ra bởi đĩa bồi thêm (accretion disc) xung quanh hố đen. Bụi và khí quay tròn với tốc độ cực lớn đã tạo ra lực ma sát khổng lồ.

Nghiên cứu về Hố đen J1342 + 0928 có thể giúp các nhà khoa học hiểu sâu hơn về một thời kỳ rất quan trọng trong lịch sử vũ trụ - Thời kỳ Tái ion hóa (Epoch of Reonisation – EOR).

Ngay sau vụ nổ Big Bang, vũ trụ nhanh chóng giãn nở và trở nên lạnh hơn. Các proton và neutron bắt đầu kết hợp với nhau tạo thành nguyên tử hydro bị ion hoá. Khoảng 240.000 – 300.000 năm sau vụ nổ Big Bang, các nguyên tử hydro bị ion hóa này hút lấy electron để tạo nên những nguyên tử hydro trung hòa về điện.

Không lâu sau, các nguyên tử hydro trung hòa bị kích thích bởi ánh sáng cực tím từ những ngôi sao, thiên hà hoặc chuẩn tinh mới sinh. Hiệu ứng này đã giúp tái ion hóa phần lớn hydro trong vũ trụ, phân tách chúng thành các proton và electron. Khoảng 1 tỷ năm sau vụ nổ Big Bang, quá trình tái ion hóa được hoàn tất.

Tuy nhiên, rất khó để biết chính xác Thời kỳ Tái ion hóa bắt đầu vào khi nào và cơ chế hoạt động của nó ra sao. "Quá trình tái ion hóa là sự chuyển đổi lớn lao cuối cùng của vũ trụ, một trong những vấn đề bí ẩn nhất trong lĩnh vực vật lý thiên văn" - Bañados nói.

Hố đen J1342+0928 xuất hiện đúng vào lúc xảy ra Thời kỳ Tái ion hóa. Những phân tích ánh sáng cho thấy có một tỷ lệ lớn các nguyên tử hydro ở xung quanh hố đen vẫn đang ở trạng thái trung hòa về điện. Ngoài ra, chúng còn có độ tuổi khoảng 690.000 năm sau vụ nổ Big Bang. Điều này đồng nghĩa với việc Thời kỳ Tái ion hóa đã xảy ra tương đối muộn trong lịch sử vũ trụ.