Các nhà vật lý thiên văn đã có một bước tiến lớn trong việc tìm hiểu làm thế nào những hố đen quái vật này được sinh ra.
Ấn tượng nghệ sĩ này cho thấy một hạt giống có thể cho sự hình thành của một lỗ đen siêu lớn. Hai trong số những hạt giống có thể được phát hiện bởi một nhóm người Ý, sử dụng ba kính viễn vọng không gian: Đài quan sát tia X Chandra của NASA, Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA / ESA và Kính viễn vọng Không gian Spitzer của NASA. Hình ảnh qua NASA / CXC / M. Weiss
NASA đã công bố vào ngày hôm qua (24 tháng 5 năm 2016) rằng các nhà vật lý thiên văn đã có một bước tiến lớn trong việc tìm hiểu làm thế nào các hố đen siêu lớn hình thành. Sử dụng dữ liệu từ ba kính thiên văn khác nhau, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy bằng chứng tốt nhất chưa cho thấy rằng các lỗ đen siêu lớn trong vũ trụ sơ khai được tạo ra do sự sụp đổ trực tiếp của một đám mây khí khổng lồ.
Trong nhiều năm, các nhà thiên văn học đã tranh luận về việc thế hệ đầu tiên của các hố đen siêu lớn hình thành rất nhanh, nói một cách tương đối, sau Vụ nổ lớn. Giờ đây, một đội Ý đã xác định được hai vật thể trong vũ trụ sơ khai dường như là nguồn gốc của những hố đen siêu lớn đầu tiên này. Hai đối tượng đại diện cho các ứng cử viên hạt đen hứa hẹn nhất được tìm thấy cho đến nay.
Các hố đen siêu lớn chứa hàng triệu hoặc thậm chí hàng tỷ lần khối lượng mặt trời. Trong vũ trụ hiện đại, chúng có thể được tìm thấy ở trung tâm của gần như tất cả các thiên hà lớn, bao gồm cả Dải Ngân hà. Hố đen siêu lớn ở trung tâm dải Ngân hà có khối lượng bốn triệu khối lượng mặt trời. Các nhà nghiên cứu cho biết, hai ứng cử viên hạt đen cũng sẽ là tổ tiên của hai trong số các hố đen siêu lớn hiện đại.
Nhóm đã sử dụng các mô hình máy tính và áp dụng phương pháp phân tích mới vào dữ liệu từ Đài quan sát tia X của NASA, Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA / ESA và Kính viễn vọng Không gian Spitzer của NASA để tìm và nhận dạng hai vật thể. Cả hai ứng cử viên hạt đen mới được phát hiện này được nhìn thấy chưa đầy một tỷ năm sau Vụ nổ lớn và có khối lượng ban đầu khoảng 100.000 lần mặt trời.
Hình ảnh này cho thấy một trong hai hạt lỗ đen siêu lớn được phát hiện, OBJ29323, như được nhìn thấy bởi Kính viễn vọng Không gian Chandra của NASA. Các thuộc tính của dữ liệu X-quang khớp với các dự đoán của các mô hình do nhóm nghiên cứu của Ý sản xuất. Hình ảnh qua NASA / CXC / Scuola Normale Superiore / Pacucci
Fabio Pacucci, của Scuola Normale Superiore ở Pisa, Ý là tác giả chính của nghiên cứu. Pacucci nói trong một tuyên bố:
Khám phá của chúng tôi, nếu được xác nhận, sẽ giải thích làm thế nào những hố đen quái vật này được sinh ra.
Kết quả mới này giúp giải thích lý do tại sao chúng ta thấy các hố đen siêu lớn chưa đầy một tỷ năm sau Vụ nổ lớn.
Có hai lý thuyết chính để giải thích sự hình thành của các lỗ đen siêu lớn trong vũ trụ sơ khai. Người ta cho rằng các hạt mọc ra từ các lỗ đen với khối lượng lớn hơn khoảng mười đến một trăm lần so với mặt trời của chúng ta, như dự đoán về sự sụp đổ của một ngôi sao lớn. Các hạt lỗ đen sau đó phát triển thông qua việc sáp nhập với các lỗ đen nhỏ khác và bằng cách hút khí từ môi trường xung quanh. Tuy nhiên, chúng sẽ phải phát triển với tốc độ cao bất thường để đạt được khối lượng lỗ đen siêu lớn đã được phát hiện trong vũ trụ trẻ hàng tỷ năm.
Hình ảnh này cho thấy một trong hai hạt lỗ đen siêu lớn được phát hiện, OBJ29323, như được nhìn thấy bởi Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA / ESA. Hình ảnh qua NASA / STScI / ESA
Những phát hiện mới ủng hộ một kịch bản khác trong đó ít nhất một số hạt lỗ đen rất lớn với khối lượng gấp 100.000 lần mặt trời hình thành trực tiếp khi một đám mây khí khổng lồ sụp đổ. Trong trường hợp này, sự tăng trưởng của các lỗ đen sẽ được bắt đầu và sẽ tiến hành nhanh hơn.
Andrea Ferrara cũng của Scuola Normale Superiore là đồng tác giả nghiên cứu. Ferrara nói:
Có rất nhiều tranh cãi về việc những lỗ đen này đi theo con đường nào. Công việc của chúng tôi cho thấy chúng tôi đang hội tụ một câu trả lời, trong đó các lỗ đen bắt đầu lớn và phát triển với tốc độ bình thường, thay vì bắt đầu nhỏ và phát triển với tốc độ rất nhanh.
Andrea Grazian, một đồng tác giả nghiên cứu của Viện Vật lý thiên văn Quốc gia ở Ý đã giải thích:
Hạt lỗ đen cực kỳ khó tìm và xác nhận phát hiện của chúng là rất khó. Tuy nhiên, chúng tôi nghĩ rằng nghiên cứu của chúng tôi đã phát hiện ra hai ứng cử viên tốt nhất cho đến nay.
Mặc dù cả hai ứng cử viên hạt đen đều phù hợp với dự đoán lý thuyết, nhưng cần phải quan sát thêm để xác nhận bản chất thực sự của chúng. Để phân biệt đầy đủ giữa hai lý thuyết hình thành, cũng sẽ cần phải tìm thêm ứng cử viên.
Nghiên cứu được công bố trực tuyến tại Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia vào ngày 28 tháng 3 năm 2016.
Điểm mấu chốt: Sử dụng dữ liệu từ ba kính thiên văn khác nhau, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy bằng chứng tốt nhất chưa cho thấy rằng các lỗ đen siêu lớn trong vũ trụ sơ khai được tạo ra do sự sụp đổ trực tiếp của một đám mây khí khổng lồ.