Language
Country/Area
No result found
Mối liên hệ giữa hố đen và Vụ nổ lớn: Tại sao sự sụp đổ của hố đen có thể thay đổi hiểu biết của chúng ta về vũ trụ?
Trong vũ trụ sơ khai, các lỗ đen sụp đổ trực tiếp (DCBH) có thể là nguồn gốc chính của các lỗ đen siêu lớn. Những hạt giống lỗ đen khối lượng lớn này được hình thành do sự sụp đổ trực tiếp của một lượng lớn vật chất và được cho là hình thành trong phạm vi dịch chuyển đỏ z = 15 đến 30, khi vũ trụ khoảng 100 đến 250 triệu năm tuổi. Không giống như hạt giống lỗ đen hình thành từ thế hệ sao đầu tiên (còn gọi là thế hệ sao thứ ba), những lỗ đen sụp đổ thẳng này hình thành thông qua sự bất ổn tương đối tổng quát trực tiếp. Khối lượng điển hình của chúng có thể đạt khoảng 105 M☉. Lớp hạt giống lỗ đen này lần đầu tiên được đề xuất về mặt lý thuyết để giải quyết thách thức về sự tồn tại của lỗ đen siêu lớn ở độ dịch chuyển đỏ z~7, điều này đã được xác nhận bởi nhiều quan sát.
Các lỗ đen sụp đổ thẳng đứng được hình thành thông qua sự kết hợp độc đáo của các điều kiện vật lý môi trường hiếm khi xảy ra đồng thời.
Cơ chế hình thành
Sự hình thành của một lỗ đen sụp đổ trực tiếp liên quan đến một số điều kiện môi trường quan trọng thúc đẩy sự sụp đổ trực tiếp của khí thay vì sự hình thành của một cụm sao. Đầu tiên, khí phải không có kim loại (tức là chỉ chứa hydro và heli), thứ hai, nó phải có hiệu ứng làm mát nguyên tử và cuối cùng, phải có luồng photon Lyman-Wierth có cường độ đủ để phá hủy các phân tử hydro, là chất làm mát khí rất hiệu quả. Nếu quá trình làm mát của các loại khí này không thể bị gián đoạn, đám mây khí sẽ bị sụp đổ do lực hấp dẫn và đạt đến mật độ khối lượng cực cao khoảng 107 g/cm³. Ở mật độ này, các vật thể sẽ trải qua sự bất ổn tương đối tính tổng quát, dẫn đến sự hình thành các hố đen với khối lượng thường lên tới 105 M☉, hoặc thậm chí lên tới 1 triệu M☉.
Những vật thể này sụp đổ trực tiếp từ các đám mây khí nguyên thủy, mà không trải qua giai đoạn sao trung gian, và do đó được gọi là hố đen sụp đổ trực tiếp.
Một mô phỏng máy tính gần đây báo cáo rằng các luồng tích tụ lạnh mạnh ở nồng độ hiếm có thể hình thành nên các hạt giống hố đen này mà không cần nền tia cực tím hay luồng siêu thanh, hoặc thậm chí là làm mát nguyên tử. Trong mô phỏng này, phải đến khi khối lượng baryon tăng lên 40 triệu khối lượng mặt trời thì lực hấp dẫn mới vượt qua được sự nhiễu loạn và ngôi sao chỉ đơn giản là sụp đổ để tạo thành hai ngôi sao siêu lớn, cuối cùng trở thành hố đen sụp đổ thẳng với khối lượng lần lượt là 31.000 và 2.000. . và 40.000 M☉.
Số lượng lỗ đen sụp đổ theo chiều thẳng đứng
Mặc dù hố đen sụp đổ thẳng có giá trị lý thuyết quan trọng, các nhà khoa học nhìn chung tin rằng chúng tương đối hiếm trong vũ trụ có độ dịch chuyển đỏ cao vì rất khó để đồng thời đáp ứng ba điều kiện cơ bản cần thiết để tạo ra chúng. Các mô phỏng vũ trụ học hiện tại dự đoán rằng ở độ dịch chuyển đỏ 15, trung bình chỉ có khoảng một lỗ đen sụp đổ trực tiếp trên mỗi gigapascal khối. Tùy thuộc vào các giả định khác nhau, số lượng lỗ đen sụp đổ thẳng được dự đoán có thể lên tới 107 trên mỗi gigapascal khối, nhưng điều này đòi hỏi thông lượng photon Lyman-Wierth cực kỳ cao.
Điều này cũng dẫn đến kỳ vọng về những quan sát trong tương lai, đặc biệt là những quan sát của Kính viễn vọng không gian Zhang Xianwang sẽ đóng vai trò quan trọng.
Phát hiện và khám phá
Năm 2016, một nhóm do nhà vật lý thiên văn Fabio Pacucci của Đại học Harvard dẫn đầu đã sử dụng dữ liệu từ Kính viễn vọng không gian Hubble và Đài quan sát tia X Chandra để xác định hai sự sụp đổ theo chiều dọc lần đầu tiên. Các ứng cử viên lỗ đen, giá trị dịch chuyển đỏ z của cả hai ứng cử viên này đều lớn hơn 6 và phù hợp với đặc điểm quang phổ của loại thiên thể này. Các nguồn này được dự đoán là có lượng phát xạ hồng ngoại dư thừa đáng kể khi so sánh với các nguồn khác có độ dịch chuyển đỏ cao hơn. Các quan sát trong tương lai sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc xác định tính chất của các ứng cử viên hố đen này.
Sự khác biệt so với các lỗ đen khác
Cần lưu ý rằng các lỗ đen nguyên thủy được hình thành do sự sụt giảm đột ngột trực tiếp về năng lượng, vật chất ion hóa hoặc cả hai, trong khi các lỗ đen sụp đổ trực tiếp được hình thành do sự sụp đổ trực tiếp của các đám mây khí lớn và dày đặc. Hơn nữa, các hố đen được hình thành bởi các ngôi sao thế hệ thứ ba không được phân loại là hố đen sụp đổ "trực tiếp".
Việc phát hiện ra các hố đen sụp đổ theo chiều dọc chắc chắn sẽ mang đến một góc nhìn mới cho việc nghiên cứu cấu trúc thiên hà và sự hình thành hố đen trong vũ trụ sơ khai, điều này sẽ dẫn đến những suy nghĩ sâu sắc hơn: Những ẩn số nào khác đang ẩn giấu trong vũ trụ trong quá trình hình thành hố đen sụp đổ theo chiều dọc? lỗ hổng? Làm thế nào để giải quyết bí ẩn này?Sự tồn tại của các hố đen sụp đổ theo chiều thẳng đứng không chỉ giải thích sự hình thành của các hố đen trong vũ trụ sơ khai mà còn đặt câu hỏi về sự hiểu biết của chúng ta về quá trình tiến hóa của vũ trụ.
