Vũ trụ có bao nhiêu hố đen?

Sau nhiều năm nỗ lực, cuối cùng giới thiên văn học tính toán được ngoài kia có khoảng 40 tỉ tỉ hố đen, nhưng chúng chỉ chiếm 1% trong tổng số vật chất thường của vũ trụ bao la.

Mô phỏng hố đen đang phun các cột vật chất và năng lượng khổng lồ NRAO/AUI/NSF

Có bao nhiêu hố đen trong vũ trụ? Đây là một trong những câu hỏi luôn xuất hiện trong các cuộc thảo luận của giới vật lý học thiên thể và vũ trụ học hiện đại.

Nỗ lực săn lùng hố đen

Trong thời gian dài, hố đen chỉ tồn tại trên giả thuyết và chưa từng được quan sát trực tiếp. Nguyên nhân chính là không có gì thoát được khỏi sức hút mãnh liệt của chúng, bao gồm ánh sáng.

Tuy nhiên, giới thiên văn học rút ra một kết luận: ở mỗi trung tâm thiên hà lại có một siêu hố đen “chiếm đóng”. Chẳng hạn, Dải Ngân hà của chúng ta đang chứa siêu hố đen Sagittarius A*, với khối lượng gấp khoảng 4 triệu lần mặt trời.

Năm 2019, lần đầu tiên nhân loại chụp được hình ảnh một hố đen. Đó là siêu hố đen ở giữa thiên hà Messier 87 (M87), thiên hà hình ê líp cách trái đất khoảng 53 triệu năm ánh sáng. Đối tượng này có khối lượng gấp 6,5 tỉ lần so với mặt trời của chúng ta, Space.com đưa tin.

Hai năm sau, các nhà thiên văn học lần đầu tiên phát hiện ánh sáng đằng sau một hố đen tại thiên hà cách địa cầu khoảng 800 triệu năm ánh sáng, theo chuyên san Nature.

Hình ảnh một hố đen theo mô phỏng của Cơ quan hàng không vũ trụ Mỹ (NASA) NASA

Phát hiện trên xác nhận Thuyết tương đối rộng của thiên tài vật lý Albert Einstein về lực hấp dẫn. Những gì quan sát được cho thấy lực hấp dẫn từ hố đen đã bẻ cong ánh sáng xung quanh chúng, cho phép giới khoa học lần đầu tiên nhìn được đằng sau hố đen.

Mốc ngoặt trong nghiên cứu hố đen

Tuy nhiên, cho đến gần đây, việc đếm số hố đen trong vũ trụ luôn là thách thức đối với các nhà thiên văn học. Theo tính toán, vũ trụ quan sát được đang trải rộng trên đường kính khoảng 90 tỉ năm ánh sáng.

Các nhà vật lý học thiên thể của Trường nghiên cứu cấp cao hiện đại ( SISSA) tại Ý đã thực hiện thành công một trong những báo cáo đầu tiên mang đến câu trả lời cho nghi vấn trên. Báo cáo đã được chuyên san The Astrophysical Journal đăng tải.

“Đặc điểm mang tính đột phá của công trình nghiên cứu trên là kết hợp mô hình tiến hóa của hệ sao đơn và hệ sao đôi với các công thức hình thành cũng như làm giàu kim loại trong mỗi thiên hà”, theo tác giả thứ nhất Alex Sicilia của SISSA.

Bằng cách lần theo lịch sử hình thành và tiến hóa của các ngôi sao khổng lồ trong vũ trụ, nhóm chuyên gia có thể tính toán được có bao nhiêu hố đen bên trong một không gian cụ thể. Trong trường hợp vũ trụ quan sát được, các nhà nghiên cứu ước tính có khoảng 40 tỉ tỉ hố đen, chiếm 1% trong tổng số vật chất thường của vũ trụ.

Dự kiến báo cáo mới sẽ giúp con người giải mã cách thức các siêu hố đen, như Sagittarius A*, có thể phát triển và tiến hóa.

Tuy nhiên, một điều vẫn chưa rõ là tại sao các siêu hố đen lại có thể phát triển và tiến hóa quá nhanh.

Vũ trụ quan sát được trải rộng trên đường kính 90 tỉ năm ánh sáng SPACE.COM

Gần đây, các nhà khoa học phát hiện một hố đen “mini” nằm trong thiên hà nhỏ, cách trái đất khoảng 110 triệu năm ánh sáng. Hố đen dạng này được tạo ra từ lõi sụp đổ của các ngôi sao chết. Trong khi đó, các chuyên gia chưa giải thích được nguồn gốc của các siêu hố đen.

Theo một giả thuyết, có lẽ vũ trụ thuở sơ khai sở hữu nhiều hố đen có khối lượng gấp hàng trăm nghìn lần so với mặt trời. Điều này cũng có thể rút ngắn thời gian phát triển thành siêu hố đen.