“Xuyên không” 13 tỉ năm, lỗ đen để lộ điều không thể giải thích

Nghiên cứu mới nhằm tìm hiểu bản chất về J1120 0641, một lỗ đen từ thời kỳ Bình minh vũ trụ, đã đem lại kết quả hoàn toàn sốc.

Một nghiên cứu vừa công bố trên tạp chí khoa học Nature Astronomy đã cố gắng “cân đo” trọng lượng của lỗ đen quái vật J1120 0641 và xác định nó nặng gấp 1 tỉ lần Mặt Trời của chúng ta.

Đó là kết quả khiến các nhà khoa học hoàn toàn bối rối.

J1120 0641 “ăn uống” dữ dội, đến nỗi phát sáng như một ngôi sao – Ảnh đồ họa: ESO

J1120 0641 là lỗ đen “xuyên không” từ thời đại gọi là “Bình minh vũ trụ”, tức giai đoạn 1 tỉ năm đầu tiên sau Vụ nổ Big Bang khai sinh vũ trụ.

J1120 0641 đã xuất hiện dưới dạng một chuẩn tinh rực rỡ trong các phương tiện quan sát của người Trái Đất từ năm 2011.

Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học đã sử dụng siêu kính viễn vọng James Webb (bắt đầu hoạt động năm 2022) để quan sát rõ hơn vật thể bí ẩn này.

Nói J1120 0641 “xuyên không” là do ánh sáng tạo nên hình ảnh của một vật thể cần có độ trễ tương ứng khoảng cách để đi đến kính viễn vọng.

Nói cách khác, khi nhìn thấy thứ gì đó cách hàng tỉ năm ánh sáng, chúng ta đang nhìn vào thời điểm, vị trí ánh sáng đó phát ra từ hàng tỉ năm trước – tức nhìn thẳng vào quá khứ.

Điều này có nghĩa J1120 0641 đã đạt được kích thước khổng lồ như vậy vào thời điểm đó – chỉ 770 triệu năm hậu Big Bang, tức hơn 13 tỉ năm trước.

Theo các nguyên lý được chấp nhận rộng rãi trước đây, các lỗ đen sơ khai phải đơn sơ và bé nhỏ. Trải qua hàng tỉ năm, chúng mới có thể lớn dần lên qua thời gian dài nuốt vật chất, thậm chí nhiều lần hợp nhất, từ đó tạo ra những lỗ đen “siêu quái vật”.

Một đại diện của các “siêu quái vật” Sagittarius A*, lỗ đen trung tâm của thiên hà Milky Way mà Trái Đất đang trú ngụ, nặng gần 4,3 triệu lần Mặt Trời.

Vì vậy, một vật thể nặng đến 1 tỉ Mặt Trời, xuất hiện khi vũ trụ mới 770 triệu tuổi, trở thành điều không thể giải thích.

Có thể lỗ đen trong vũ trụ sơ khai “háu ăn” hơn các lỗ đen quái vật hiện tại. Tuy nhiên, các lỗ đen chỉ có thể “ăn” với một tốc độ nhất định, được xác định bởi “giới hạn Eddington” tưởng chừng không thể phá vỡ trong vật lý học.

Vượt quá giới hạn này, vật liệu được nung nóng sẽ tỏa sáng rực rỡ, đến mức áp suất bức xạ sẽ vượt quá lực hấp dẫn, đẩy vật liệu ra xa và không để lại bất cứ thứ gì cho lỗ đen “ăn”.

Thế nhưng, lỗ đen J1120 0641 đã phá vỡ giới hạn Eddington.

Nó có thể đi vào quá trình bồi tụ siêu Eddington, nơi chúng đẩy qua giới hạn này và ngốn càng nhiều vật chất càng tốt trước khi áp suất bức xạ phát huy tác dụng.

Đây là một trong những lời giải thích khả thi cho hố đen ở trung tâm của J1120 0641. Lời giải thích ấy sẽ buộc nhiều quy luật vật lý thiên văn phải thay đổi nếu như chúng ta tiếp tục tìm ra những thứ tương tự như thế trong vũ trụ sơ khai.