Language
Country/Area
No result found
Sự ra đời bí ẩn của các lỗ đen vụ nổ trực tiếp: Tại sao những lỗ đen siêu lớn này lại khiến các nhà khoa học thiên văn sửng sốt?
Trong lịch sử sơ khai của vũ trụ, các nhà khoa học nhận thấy một số vật thể đặc biệt. Cách thức ra đời của những vật thể này đánh dấu một phạm trù chính trong quá trình tiến hóa của vật chất trong vũ trụ: lỗ đen vụ nổ trực tiếp (DCBH). Những lỗ đen bí ẩn này được tạo ra khoảng 100 đến 250 triệu năm trước, giai đoạn được gọi là dịch chuyển đỏ z trong khoảng từ 15 đến 30.
Quá trình hình thành lỗ đen vụ nổ trực tiếp khác với lỗ đen trong các lý thuyết truyền thống. Những lỗ đen này được hình thành thông qua sự suy sụp hấp dẫn trực tiếp chứ không phải tiến hóa từ cái chết của các ngôi sao.
Sự hình thành lỗ đen vụ nổ trực tiếp đòi hỏi những điều kiện môi trường cụ thể. Các điều kiện chính bao gồm; một loại khí có hàm lượng kim loại bằng 0 (chỉ chứa hydro và heli), sự chiếu xạ các photon Lyman–Werner đủ cao để kích thích các nguyên tử hydro và dòng laser có khả năng phá hủy các phân tử hydro. Những điều kiện này ngăn không cho khí nguội đi và phân mảnh, cho phép đám mây khí trải qua quá trình suy sụp hấp dẫn nguyên vẹn và đạt mật độ vật chất cực cao.
Khi mật độ vật chất đạt khoảng 107 g/cm³, những đám mây khí này sẽ mất ổn định tương đối thông thường và biến thành lỗ đen vụ nổ trực tiếp. Điều này có nghĩa là chúng được sinh ra trực tiếp từ các đám mây khí nguyên thủy, chứ không phải từ các ngôi sao tiền thân.
Theo mô phỏng máy tính được báo cáo vào tháng 7 năm 2022, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng trong những điều kiện hiếm gặp, dòng bồi tụ mạnh và lạnh có thể tạo ra các lỗ đen khổng lồ mà không cần bức xạ tia cực tím và dòng chảy siêu âm. Mô phỏng này cho thấy rằng trong một môi trường có khối lượng gấp khoảng 40 triệu lần khối lượng mặt trời, một số siêu sao cuối cùng đã được hình thành và biến đổi thành công thành các lỗ đen phát nổ trực tiếp.
Sự hiếm hoi của vụ nổ lỗ đen trực tiếp
Lỗ đen phát nổ trực tiếp được coi là vật thể cực kỳ hiếm trong vũ trụ có độ lệch đỏ cao. Các mô phỏng vũ trụ hiện tại cho thấy số lượng lỗ đen này ở độ dịch chuyển đỏ 15 có thể chỉ khoảng 1 trên mỗi gigaparsec khối. Dự đoán này bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi dòng photon tối thiểu Lyman–Werner và theo một số kịch bản lạc quan nhất, mật độ DCBH có thể lên tới 107 tế bào trên mỗi giga giây.
Việc phát hiện lỗ đen nổ trực tiếp
Năm 2016, một nhóm các nhà nghiên cứu do nhà vật lý thiên văn Fabio Pacucci thuộc 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 lần đầu tiên xác định hai ứng cử viên cho vụ nổ trực tiếp của lỗ đen. Tất cả các ứng cử viên này đều nằm trong vùng dịch chuyển đỏ z>6 và đặc điểm quang phổ của chúng trong trường CANDELS GOODS-S phù hợp với dự đoán.
Những lỗ đen phát nổ trực tiếp này được dự đoán sẽ tạo ra nhiều bức xạ hồng ngoại đáng kể hơn các nguồn có độ dịch chuyển đỏ cao khác và những quan sát sâu hơn, đặc biệt là với Kính viễn vọng Không gian James Webb, sẽ rất quan trọng để xác nhận bản chất của những nguồn này.
Sự khác biệt so với các lỗ đen khác
Khác với quá trình hình thành lỗ đen nguyên thủy liên quan đến sự sụp đổ trực tiếp của năng lượng và vật chất tích điện, sự hình thành lỗ đen nổ trực tiếp là kết quả của sự sụp đổ của các vùng khí lớn và dày đặc bất thường. Điều đáng chú ý là các lỗ đen được hình thành bởi các ngôi sao thế hệ thứ ba (tức là các sao thuộc Nhóm III) không thuộc loại lỗ đen vụ nổ trực tiếp.
Tóm tắt
Việc phát hiện ra lỗ đen phát nổ trực tiếp không chỉ mở rộng hiểu biết của chúng ta về sự hình thành của lỗ đen mà còn tiết lộ những hiện tượng phức tạp có thể tồn tại trong vũ trụ sơ khai. Những vật thể bí ẩn này đang định nghĩa lại sự hiểu biết cơ bản của chúng ta về sự tiến hóa của vũ trụ. Với sự tiến bộ của công nghệ, liệu chúng ta có thể khám phá thêm nhiều bí mật về những lỗ đen này trong tương lai hay không?
