Lỗ đen: các kiến trúc sư đại
tài của vũtrụ
Lỗ đen vốnđược biếtđến nhưnguồn năng lượng hủy diệt trong vũtrụ.
Nhưng chúng cũng có thểlà nguồn gốc kiến tạo nên các thiên hà: "Các bằng
chứng gầnđâyđã cho thấy rằng lỗ đen vũtrụcó thể đã có một số ảnh hưởng
nào đó đến trật tựhỗnđộn của vũtrụsau vụnổBig bang."
Sau một thời gian dài được coi là thùng rác của vũtrụ, là sản phẩm phụcủa
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 vũtrụ. Các nhà khoa họcđã cân nhắc lại
các suy luận trướcđây của mình. Bây giờ, người ta dần nhận ra rằng các lỗ đen vũ
trụra đời với vai trò xây dựng nên kiến trúc vũtrụngày nay.
“Nhiều năm trướcđây,không ai có thểtưởng tượng được rằng tồn tại những
con quái vậtđó trong vũtrụ. Nhưng bây giờchúng ta ngạc nhiên nhận ra rằng
chúng vô cùng cần thiết cho việc tạo ra kiến trúc vũtrụhiệnđại” theo nhà vật lý
thiên văn học Yuexing Li thuộcđại học Penn State.
Lỗ đen nuốt chửng mọi thứxung quanh chúng.
Lỗ đen làm biến dạng vùng xung quanh chúng với lực hấp dẫn vô cùng lớn
ngay cảánh sáng cũng không thểnào thoát ra được. Trướcđây chúng từng được
coi là vô cùng hiếm, Albert Einstein đã không tin vào sựtồn tại của lỗ đen vũtrụ.
Nhưng qua nhiều thếkỷngười ta nhận ra hầu hết các lỗ đen vũtrụ- với khối lượng
gấp hàng triệu hàng tỷlần mặt trời – dường nhưthường nằmởhầu hết trung tâm
các thiên hà trong vũtrụ. Và thật bất ngờkhi vào năm 2003, các nhà khoa họcđã
tìm ra các lỗ đen vũtrụsiêu trọng đã xuất hiện cách đây hơn 13 tỷnăm, lúc vũtrụ
chúng ta khoảng 1 tỷnăm tuổi. Kểtừ đó, các nhà khoa họcđã ra sức tìm kiếm
nguồn gốc của những lỗ đen nguyên thủyđó, cách chúng chịuảnh hưởng bởi vũ
trụvà các sựkiện tiếp sau đó.
Vào tháng 8, các nhà khoa học tại viện nghiên cứu vật lý thiên văn vềhạt
nhân Kavli và vũtrụhọc tạiđại học Stanford đã dùng siêu máy tính để mô phỏng
vũtrụtừthưở sơkhai từ đó vạch ra nhiều khám phá mới lạvềnhững lỗ đen vũtrụ
đầu tiên. Bắtđầu từkhoảng 200 triệu năm sau vụnổBigbang khi các ngôi sao đầu
tiên của vũtrụhình thành. Các ngôi sao này nhưnhững con thú khổng lồcó khối
lượng gấp trăm lần mặt trời chúng ta, vô cùng lớn và hoạtđộng đến nổi chúng tự
đốt tất cảlượng 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 sụpđổ và chúng bịnén chặt lại bởi lực hấp dẫn quá lớn của chính chúng.
Từ đó tạo thành lỗ đen vũtrụ.
Các thếhệlỗ đen vũtrụ đầu tiên khá nhỏbé so với các lỗ đen nằmởtrung
tâm các ngân hà ngày nay. Những lỗ đen đầu tiên lớn lên từtừvới tốcđộ 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 sựphát triển của lỗ đen. Tuy có gặp nhiều khó
khăn nhưvậy nhưng các lỗ đen vũtrụsơkhai có vai trò hết sức quan trọng trong
việc kiểm soát quá trình sinh sao mới: những lỗ đen phát ra bức xạlàm cho các
đám khí vật chất xung quanh có nhiệtđộ rất cao khoảng 5000oF, do đó các dòng
vật chất khó có thểgắn kết lại. “Chúng không thểhình thành được sao trong điều
kiệnđó” ông Marcelo Alvarez, thành viên đứng đầu của nhóm Kavli nói.
Mô hình lỗ đen do các siêu máy tính mô phỏng.
Nhờvào các mô hình do những siêu máy tính cung cấp, chúng ta đã có được
những cái nhìn tổng quát vềvũtrụsơkhai nhưng nó lạiđặt ra nhiều câu hỏi hơn
vềgiai đoạn tiếp theo sau đó. Năm 2007, các nhà khoa họcđã tìm ra một lỗ đen
siêu trọng lâu đời nhất và xa nhất từng được phát hiện, với khối lượng gấp tỷlần
mặt trờiđã tồn tại gần 840 tỷnăm sau vụnổBig Bang ( để phát hiện các lỗ đen
thường vô hình, các nhà thiên vănđã dựa vào luồng khí nóng rực rỡxoay xung
quanh các lỗ đen trước khi bịnó 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 tứcđánh đố các nhà khoa học. Tại sao 400 triệu năm sau vụ
nổBig bang, vũtrụvẫn bao gồm các sao nhỏnằm rãi rác và các lỗ đen bịbỏ đói;
Nhưng chỉ500 triệu năm tiếp theo, vũtrụ đã đầyắp những con quái vật màu đen
nằm trong các thiên hà. Làm thếnào mà có sựthay đổi nhanh nhưvậy?
Nhà thiên văn học Li đã cốgắng tìm hiểu lý do. Trong khi Alvarez tìm cách
mô phỏng chủyếu vào các ngôi sao cách biệt và lỗ đen thì Li tìm mối tương tác
giữa các cá thểtrong vũtrụvà ảnh hưởng của nó đến cấu trúc vũtrụban đầu. Công
trình nghiên cứu của bà cho thấy rằng những lỗ đen sơkhai tàng hình có khối
lượng gấp vài chục ngàn lầnđược bao bọc bởi vành đai khí dày đặc. Tất cảcùng
với nhau tạo thành tiền thiên hà, là nền tảng của các thiên hà ngày nay. Trong thời
kỳ đó, diễn ra sựva 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 sựkết hợp với các lỗ đen của
thiên hà khác và chúng cùng nhau “ăn” phần khí và bụi mớiđược 2 thiên hà cung
cấp. Từcác lỗ đen với khối lượng gấp trăm lần mặt trời, khối lượng của chúng tăng
nhanh chóng lên đến gấp tỷlần khối lượng mặt trời trong vòng 800 triệu năm. Đặc
biệt nhờvào mậtđộ khối khí dày đặc bao quanh các lỗ đen giúp chúng phát triển
nhanh hơn.
Trong thời kỳhoạtđộng mạnh, mô hình của Li đã chỉra rằng các lỗ đen đột
nhiên trởnên 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 cảkhi chúng đang chịu tác dụng của
bức xạtừlỗ đen. Điều kỳdiệuở đây là trong một khoảnh khắc ngắn, các lỗ đen vũ
trụchuyển từtrạng thái nhẹ, hiếu chiến sang trạng thái siêu trọng để nhúng vào
giữa các thiên hà sinh sao.