Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra bằng chứng đầu tiên về "hạt giống" hố đen trong vũ trụ sơ khai. Phát hiện này có thể giúp khoa học giải thích cách mà một số hố đen siêu nặng với khối lượng tương đương hàng triệu, thậm chí hàng tỉ lần khối lượng Mặt trời lại có thể phát triển đủ nhanh để tồn tại trong vòng chưa đầy 1 tỉ năm sau Vụ nổ lớn Big Bang.

Theo Space.com, các hạt giống này rất có thể là những hố đen có khối lượng gấp khoảng 40 triệu lần khối lượng Mặt trời của chúng ta. Chúng được cho là hình thành từ sự sụp đổ trực tiếp của một đám mây khí khổng lồ.

Sự hình thành khó hiểu của hố đen siêu nặng trong vũ trụ sơ khai

Sự hình thành này không giống như trường hợp các hố đen điển hình, được sinh ra khi một ngôi sao lớn sắp hết tuổi thọ và sụp đổ dưới lực hấp dẫn của chính nó. Các thiên hà có các “hạt giống” hố đen nặng như vậy được gọi là các thiên hà hố đen ngoại cỡ (OBG).

Những thiên hà này có thể ở rất xa và tồn tại trong khoảng thời gian vũ trụ mới đạt 400 triệu năm tuổi. Hiện nay, các nhà khoa học cuối cùng đã có thể xác định được một trong những OBG này.

Nhóm nghiên cứu do nhà nghiên cứu Akos Bogdán của Trung tâm Vật lý thiên văn Harvard & Smithsonian (Mỹ) dẫn đầu đã lần đầu tiên phát hiện một vật thể có khối lượng đặc trưng của hố đen trong khi điều tra một chuẩn tinh bằng Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST) và Đài quan sát tia X Chandra của NASA. Thiên hà được nghiên cứu bởi Bogdán và các nhà nghiên cứu đồng nghiệp sống trong một thiên hà có tên là UHZ1.

Dữ liệu từ JWST và Chandra về UHZ1 phù hợp với những gì được mong đợi ở một OBG. Nhóm nghiên cứu đã tìm thấy sự phát xạ tia X và sự phát xạ này cung cấp thông tin về một hố đen đang được nuôi dưỡng hoặc "bồi tụ" khi có liên kết với chuẩn tinh, một trong những bằng chứng thuyết phục để xác định một thiên hà có phải là OBG hay không.

Hạt giống giúp hố đen tăng trưởng như thế nào

Kích thước khủng khiếp của các hố đen siêu nặng không gây quá nhiều khó khăn cho các nhà khoa học. Đó là bởi vì những người khổng lồ vũ trụ này đã có hàng tỉ năm để phát triển bằng cách “ăn” khí và bụi xung quanh cũng như hợp nhất với các hố đen khác. Ví dụ, hố đen ở trung tâm của một thiên hà có tên M87 có khối lượng gấp khoảng 5 tỉ lần khối lượng Mặt trời.

Nhưng vì các cơ chế tăng trưởng này được ước tính sẽ diễn ra trong hàng tỉ năm, nên việc phát hiện ra các hố đen siêu lớn tương tự tồn tại trong khoảng thời gian chỉ từ 500 triệu năm đến một tỉ năm sau khi Vụ nổ lớn xảy ra là một thách thức.

Những phương pháp thu thập khối lượng trước đây được cho là không đủ thời gian để tạo ra những hố đen khổng lồ như vậy. Một giả thuyết cho rằng, những hố đen này đã bắt đầu quá trình bồi tụ khối lượng của chúng bằng cách phát triển từ "hạt giống" hố đen nhỏ hơn.

Có hai giả thiết khác nhau về vấn đề này. Một mặt, các chuyên gia cho rằng các hố đen siêu lớn có thể đã phát triển từ các hạt hố đen nhẹ với khối lượng gấp khoảng 10 đến 100 lần khối lượng Mặt trời.

Những hạt giống đó về mặt lý thuyết sẽ được sinh ra thông qua cơ chế tiêu chuẩn của việc tạo ra hố đen, cụ thể là cái chết và sự sụp đổ của thế hệ sao đầu tiên trong vũ trụ.

Mặt khác, các hố đen siêu nặng ban đầu có thể đã phát triển từ các hạt giống là hố đen nặng với khối lượng khổng lồ, gấp khoảng 100.000 lần khối lượng Mặt trời.

Chúng được hình thành trực tiếp từ sự sụp đổ của các đám mây vật chất khổng lồ, do đó bỏ qua hoàn toàn "giai đoạn sao" của các hố đen khác. Các nhà thiên văn gọi những hố đen như vậy là hố đen suy sụp trực tiếp (DCBH).

Các DCBH này sau đó có thể phát triển cùng với sự hợp nhất của các thiên hà, điều thường xảy ra trong giai đoạn vũ trụ sơ khai. Điều này cũng sẽ mang lại nguồn cung cấp khí và bụi cho chúng. Sau đó, các hố đen khác có thể đã va chạm và hợp nhất với chúng.