Lỗ đen: các kiến trúc sư đại tài của vũ trụ

Chia sẻ: Ha Quynh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

Thêm vào BST

Báo xấu

90
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Lỗ đen vốn được biết đến như nguồn năng lượng hủy diệt trong vũ trụ. Nhưng chúng cũng có thể là nguồn gốc kiến tạo nên các thiên hà: "Các bằng chứng gần đây đã cho thấy rằng lỗ đen vũ trụ có thể đã có một số ảnh hưởng nào đó đến trật tự hỗn độn của vũ trụ sau vụ nổ Big bang."

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Lỗ đen: các kiến trúc sư đại tài của vũ trụ

Lỗ đen: các kiến trúc sư đại tài của vũ trụ Lỗ đen vốn được biết đến như nguồn năng lượng hủy diệt trong vũ trụ. Nhưng chúng cũng có thể là nguồn gốc kiến tạo nên các thiên hà: "Các bằng chứng gần đây đã cho thấy rằng lỗ đen vũ trụ có thể đã có một số ảnh hưởng nào đó đến trật tự hỗn độn của vũ trụ sau vụ nổ Big bang." Sau một thời gian dài được coi là thùng rác của vũ trụ, là sản phẩm phụ của các thiên hà hay là con quái vật nuốt chửng mọi thứ, cuối cùng chúng ta cũng đã tìm ra được vai trò của các lỗ đen trong vũ trụ. Các nhà khoa học đã cân nhắc lại các suy luận trước đây của mình. Bây giờ, người ta dần nhận ra rằng các lỗ đen vũ trụ ra đời với vai trò xây dựng nên kiến trúc vũ trụ ngày nay. “Nhiều năm trước đây,không ai có thể tưởng tượng được rằng tồn tại những con quái vật đó trong vũ trụ. Nhưng bây giờ chúng ta ngạc nhiên nhận ra rằng chúng vô cùng cần thiết cho việc tạo ra kiến trúc vũ trụ hiện đại” theo nhà vật lý thiên văn học Yuexing Li thuộc đại học Penn State.
Lỗ đen nuốt chửng mọi thứ xung quanh chúng. Lỗ đen làm biến dạng vùng xung quanh chúng với lực hấp dẫn vô cùng lớn ngay cả ánh sáng cũng không thể nào thoát ra được. Trước đây chúng từng được coi là vô cùng hiếm, Albert Einstein đã không tin vào sự tồn tại của lỗ đen vũ trụ. Nhưng qua nhiều thế kỷ người ta nhận ra hầu hết các lỗ đen vũ trụ - với khối lượng gấp hàng triệu hàng tỷ lần mặt trời – dường như thường nằm ở hầu hết trung tâm các thiên hà trong vũ trụ. Và thật bất ngờ khi vào năm 2003, các nhà khoa học đã tìm ra các lỗ đen vũ trụ siêu trọng đã xuất hiện cách đây hơn 13 tỷ năm, lúc vũ trụ chúng ta khoảng 1 tỷ năm tuổi. Kể từ đó, các nhà khoa học đã ra sức tìm kiếm nguồn gốc của những lỗ đen nguyên thủy đó, cách chúng chịu ảnh hưởng bởi vũ trụ và các sự kiện tiếp sau đó.
Vào tháng 8, các nhà khoa học tại viện nghiên cứu vật lý thiên văn về hạt nhân Kavli và vũ trụ học tại đại học Stanford đã dùng siêu máy tính để mô phỏng vũ trụ từ thưở sơ khai từ đó vạch ra nhiều khám phá mới lạ về những lỗ đen vũ trụ đầu tiên. Bắt đầu từ khoảng 200 triệu năm sau vụ nổ Bigbang khi các ngôi sao đầu tiên của vũ trụ hình thành. Các ngôi sao này như những con thú khổng lồ có khối lượng gấp trăm lần mặt trời chúng ta, vô cùng lớn và hoạt động đến nổi chúng tự đốt tất cả lượng Hydrogen của chúng trong vòng vài triệu năm. Khi không còn Hydrogen cung cấp năng lượng để chống lại lực hấp dẫn của chính nó nữa, các ngôi sao dần sụp đổ và chúng bị nén chặt lại bởi lực hấp dẫn quá lớn của chính chúng. Từ đó tạo thành lỗ đen vũ trụ. Các thế hệ lỗ đen vũ trụ đầu tiên khá nhỏ bé so với các lỗ đen nằm ở trung tâm các ngân hà ngày nay. Những lỗ đen đầu tiên lớn lên từ từ với tốc độ 1 phần trăm khối lượng mỗi 200 triệu năm vì các ngôi sao mới sinh khác đã thổi hết phần lớn lượng khí xung quanh cần cho sự phát triển của lỗ đen. Tuy có gặp nhiều khó khăn như vậy nhưng các lỗ đen vũ trụ sơ khai có vai trò hết sức quan trọng trong việc kiểm soát quá trình sinh sao mới: những lỗ đen phát ra bức xạ làm cho các đám khí vật chất xung quanh có nhiệt độ rất cao khoảng 5000oF, do đó các dòng vật chất khó có thể gắn kết lại. “Chúng không thể hình thành được sao trong điều kiện đó” ông Marcelo Alvarez, thành viên đứng đầu của nhóm Kavli nói.
Mô hình lỗ đen do các siêu máy tính mô phỏng. Nhờ vào các mô hình do những siêu máy tính cung cấp, chúng ta đã có được những cái nhìn tổng quát về vũ trụ sơ khai nhưng nó lại đặt ra nhiều câu hỏi hơn về giai đoạn tiếp theo sau đó. Năm 2007, các nhà khoa học đã tìm ra một lỗ đen siêu trọng lâu đời nhất và xa nhất từng được phát hiện, với khối lượng gấp tỷ lần mặt trời đã tồn tại gần 840 tỷ năm sau vụ nổ Big Bang ( để phát hiện các lỗ đen thường vô hình, các nhà thiên văn đã dựa vào luồng khí nóng rực rỡ xoay xung quanh các lỗ đen trước khi bị nó nuốt chửng). Cũng vào tháng 9 đó, một nhóm nghiên cứu khác cũng đã thông báo rằng tìm ra một thiên hà cực lớn bao quanh lỗ đen đó. Điều này lập tức đánh đố các nhà khoa học. Tại sao 400 triệu năm sau vụ nổ Big bang, vũ trụ vẫn bao gồm các sao nhỏ nằm rãi rác và các lỗ đen bị bỏ đói; Nhưng chỉ 500 triệu năm tiếp theo, vũ trụ đã đầy ắp những con quái vật màu đen nằm trong các thiên hà. Làm thế nào mà có sự thay đổi nhanh như vậy? Nhà thiên văn học Li đã cố gắng tìm hiểu lý do. Trong khi Alvarez tìm cách mô phỏng chủ yếu vào các ngôi sao cách biệt và lỗ đen thì Li tìm mối tương tác giữa các cá thể trong vũ trụ và ảnh hưởng của nó đến cấu trúc vũ trụ ban đầu. Công trình nghiên cứu của bà cho thấy rằng những lỗ đen sơ khai tàng hình có khối lượng gấp vài chục ngàn lần được bao bọc bởi vành đai khí dày đặc. Tất cả cùng với nhau tạo thành tiền thiên hà, là nền tảng của các thiên hà ngày nay. Trong thời kỳ đó, diễn ra sự va chạm liên tục giữa các tiền thiên hà. Sau các va chạm tiền thiên hà, các lỗ đen của chúng tăng trưởng rất nhanh bằng sự kết hợp với các lỗ đen của thiên hà khác và chúng cùng nhau “ăn” phần khí và bụi mới được 2 thiên hà cung cấp. Từ các lỗ đen với khối lượng gấp trăm lần mặt trời, khối lượng của chúng tăng nhanh chóng lên đến gấp tỷ lần khối lượng mặt trời trong vòng 800 triệu năm. Đặc biệt nhờ vào mật độ khối khí dày đặc bao quanh các lỗ đen giúp chúng phát triển nhanh hơn.
Trong thời kỳ hoạt động mạnh, mô hình của Li đã chỉ ra rằng các lỗ đen đột nhiên trở nên thân thiện hơn với nhiều ngôi sao khác. Việc các tiền thiên hà hợp nhất với nhau làm nảy sinh ra một xung động lớn nén các khối khí dày đặc lại với nhau, giúp kích thích quá trình sinh sao ngay cả khi chúng đang chịu tác dụng của bức xạ từ lỗ đen. Điều kỳ diệu ở đây là trong một khoảnh khắc ngắn, các lỗ đen vũ trụ chuyển từ trạng thái nhẹ, hiếu chiến sang trạng thái siêu trọng để nhúng vào giữa các thiên hà sinh sao.
Hình chụp sự va chạm giữa 2 tiền thiên hà.
Mặc dù các quá trình mô phỏng đã cung cấp các thông tin khá đầy đủ về thời kỳ hình thành kiến trúc của vũ trụ, Li cũng thừa nhận phỏng đóan của bà vẫn chỉ là mô hình mà thôi; chúng vẫn chưa thật sự phù hợp với quan sát thực tế. Vì vậy, trong khi bà cùng các nhà lý thuyết khác đang cố hoàn thiện các tính toán của họ, một nhóm các nhà thiên văn khác đang sử dụng các loại kính thiên văn mạnh mẽ nhất từ trước đến nay, tìm kiếm những lỗ đen mà trước giờ chỉ là mô phỏng trên máy tính. Theo Li: “Nhiều chiến dịch tích cực nhằm tìm ra các lỗ đen siêu trọng đã được phát động, nhưng chúng tôi vẫn chưa thể tìm ra những lỗ đen đầu tiên.” Bà còn cho rằng sẽ không quá ngạc nhiên khi các lỗ đen khổng lồ sớm nhất đã xuất hiện sau vũ trụ chúng ta khoảng 500 triệu năm. Vào tháng tư vừa qua, một trong những đồng nghiệp của Li tại trường đại học Penn State đã phát hiện ra sự bùng nổ năng lượng từ một ngôi sao nổ tung có lẽ là nguồn gốc của quá trình co lại tạo nên lỗ đen khi vũ trụ mới có 630 triệu năm tuổi. Hiện nay người ta đã tiến hành cải tiến kính viễn vọng Hubble nhằm hỗ trợ cho công cuộc tìm kiếm này. Đồng thời người kế nhiệm cho kính viễn vọng Hubble sẽ là kính viễn vọng James Webb dự định sẽ hoạt động vào năm 2014.
Kính viễn vọng Hubble. Nhà kế nhiệm kính thiên văn James Webb.
Trong một tương lai không xa, các nhà khoa học sẽ bước vào một kỷ nguyên mới khi mà các lỗ đen vũ trụ sẽ được đánh giá là một trong những đối tượng quan trọng nhất của vũ trụ, góp phần đem đến trật tự cho vũ trụ sau vụ nổ Big Bang – vốn được xem không có trật tự rõ ràng. Li nói :” Trong thiên văn học lý thuyết và quan sát, những phát hiện trong tương lai sẽ là biên giới của vũ trụ”.