Nguồn gốc của lỗ đen siêu khổng lồ vẫn là một lĩnh vực nghiên cứu mở. Các nhà vật lý thiên văn đồng ý rằng một khi lỗ đen đã ở tâm của một thiên hà, nó có thể "lớn lên" bằng sự bồi tụ của vật chất và bằng sự hợp nhất với các lỗ đen khác.

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!
Hình ảnh mô tả một lỗ đen siêu khổng lồ cùng với đĩa bồi tụ vật chất của nó. Credit: NASA/JPL-Caltech

Có một vài giả thuyết về cơ chế hình thành và khối lượng ban đầu của "tổ tiên", hay "hạt giống", của lỗ đen siêu khổng lồ. Giả thuyết tin cậy nhất nói rằng các "hạt giống lỗ đen siêu khổng lồ" này là những lỗ đen có khối lượng gấp 10 và cũng có thể là gấp hàng trăm lần Mặt Trời, được sinh ra sau vụ nổ của các ngôi sao khổng lồ và lớn lên bằng sự bồi tụ của vật chất.

Một mô hình khác liên quan đến một đám mây khí lớn trong giai đoạn trước khi những ngôi sao đầu tiên hình thành suy sụp thành một "vật thể giống sao" để thành một lỗ đen có khối lượng ban đầu khoảng 20 lần Mặt Trời, sau đó nhanh chóng bồi tụ để trở thành một lỗ đen có khối lượng trung bình, và có thể là một lỗ đen siêu khổng lồ nếu tỷ lệ bồi tụ không dừng lại ở khối lượng cao hơn.

"Vật thể giống sao" ban đầu sẽ trở nên bất ổn định, thường xuyên bị nhiễu loạn bởi sự sản sinh các cặp electron - positron bên trong lõi của nó, và có thể co lại thành một lỗ đen mà không phải trải qua giai đoạn vụ nổ siêu sao mới, là giai đoạn sẽ đẩy hầu hết khối lượng của nó ra ngoài và ngăn chặn phần vật chất đó với lỗ đen mới sinh.

Tuy nhiên một mô hình khác bao gồm một cụm sao dày đặc đang trải qua quá trình suy sụp của lõi khi nhiệt dung âm của hệ lái sự phân tán vận tốc trong lõi thành tốc độ tương đối tính. Cuối cùng các lỗ đen nguyên thủy có thể đã được sinh ra trực tiếp từ áp suất bên ngoài trong những khoảnh khắc đầu tiên sau Big Bang. Sự hình thành các lỗ đen từ cái chết của những ngôi sao đầu tiên đã được nghiên cứu rộng rãi và được chứng thực bởi các quan sát.

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!
Hình ảnh mô tả những dòng vật chất khổng lồ phát ra từ chuẩn tinh SDSS J1106+1939. Credit: ESO/L. Calçada.

Khó khăn trong sự hình thành của lỗ đen siêu khổng lồ nằm ở sự cần thiết để có đủ vật chất trong một thể tích đủ nhỏ. Vật chất này cần phải có mô-men góc rất nhỏ để điều này có thể xảy ra. Thường thì quá trình bồi tụ liên quan đến việc vận chuyển một mô-men góc lớn ban đầu ở bên ngoài, và điều này xuất hiện thành yếu tố giới hạn sự lớn lên của lỗ đen. Đây là thành phần chính của lý thuyết đĩa bồi tụ. Khí bồi tụ là cách hiệu quả nhất và cũng là cách dễ nhất để lỗ đen phát triển. Phần lớn sự tăng trưởng khối lượng của lỗ đen siêu khổng lồ được cho là xảy ra bởi sự bồi tụ khí một cách nhanh chóng, thứ có thể quan sát được như nhân hoạt động của các thiên hà hay các chuẩn tinh.

Các quan sát cho thấy rằng chuẩn tinh từng xuất hiện nhiều khi vũ trụ còn rất trẻ, chỉ ra rằng các lỗ đen siêu khổng lồ đã hình thành và phát triển từ rất sớm. Một yếu tố ràng buộc chính đối với các lý thuyết về sự hình thành các lỗ đen siêu khổng lồ là việc quan sát các chuẩn tinh sáng ở khoảng cách xa, là vật thể cho thấy các lỗ đen siêu khổng lồ có khối lượng bằng hàng tỷ lần khối lượng Mặt Trời đã hình thành từ khi vũ trụ mới chỉ chưa đến một tỷ năm tuổi. Điều này cho thấy các lỗ đen siêu khổng lồ xuất hiện rất sớm trong vũ trụ, bên trong những thiên hà khổng lồ đầu tiên.

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!
Hình ảnh mô tả những dòng tốc độ cao thoát ra từ một lỗ đen siêu khổng lồ. Credit: ESA/Hubble, L. Calçada (ESO).

Hiện nay, dường như có một khoảng cách trong sự phân bố khối lượng của các lỗ đen đã quan sát được. Những lỗ đen suy sụp từ các ngôi sao có khối lượng cao nhất khoảng 33 lần khối lượng Mặt trời. Trong khi đó, các lỗ đen siêu khổng lồ nhỏ nhất đã có khối lượng bằng hàng trăm ngàn khối lượng Mặt Trời. Ở giữa hai con số này có rất ít những lỗ đen khối lượng trung bình. Một khoảng cách như vậy sẽ chỉ ra những quá trình hình thành khác nhau. Tuy vậy, một số mô hình gợi ý rằng những nguồn tia X vũ trụ cực mạnh (ULXs) có thể là các lỗ đen nằm trong nhóm bị khuyết này.

Nguồn: Wikipedia tiếng Anh

Author: Hien PHAN
Cựu thành viên CLB Thiên văn học Đà Nẵng - DAC; nghiên cứu viên tại khoa Vũ trụ và Ứng dụng, trường Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nội - USTH (Đại học Việt Pháp).


Bài viết đang được quan tâm