Nội dung bài viết
Lỗ đen chiếm hơn 2/3 khối lượng của vật thể mà nó sinh sống.
Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST) được thiết kế để cho chúng ta khả năng quan sát một trong những thời kỳ sớm nhất trong quá trình tiến hóa của Vũ trụ, thời điểm mà một số ngôi sao sớm nhất phát ra đủ ánh sáng để ion hóa hydro chiếm gần như toàn bộ vật chất bình thường có mặt vào thời điểm đó.
Có rất nhiều ý tưởng về những gì chúng ta có thể thấy, nhưng Vũ trụ chứa đầy những điều bất ngờ. Một trong những điều ngạc nhiên đầu tiên là sự tồn tại của thứ có biệt danh là “những chấm đỏ nhỏ”, đúng như tên gọi của chúng.
Sau một số tranh luận ban đầu, rõ ràng đây là những phiên bản đầu tiên của các lỗ đen siêu lớn hiện đang nằm ở trung tâm của hầu hết mọi thiên hà.
Giờ đây, thấu kính hấp dẫn đã cho phép các nhà thiên văn học xác nhận rằng một chấm đỏ nhỏ chỉ hơn một lỗ đen siêu lớn một chút mà không có nhiều ảnh hưởng đến thiên hà xung quanh nó.
Chấm nhỏ màu đỏ đang được đề cập có tên là Abell 2744−QSO1, và thấu kính hấp dẫn đã phóng đại nó lên và khiến nó xuất hiện ba lần trong vùng lân cận của cụm thiên hà đã tạo ra thấu kính đó.
Dựa trên các chi tiết trong quang phổ của nó, chúng tôi đang nhìn vào vật thể khi nó xuất hiện chỉ 700 triệu năm sau Vụ nổ lớn. Chúng ta đã biết về QSO1 được vài năm và nó là chủ đề được nghiên cứu kỹ lưỡng.
Một bài báo lưu ý rằng ba hình ảnh qua thấu kính của vật thể này khác nhau ở một số chi tiết.
Vì ánh sáng từ mỗi ánh sáng đó đi theo những đường đi khác nhau đến Trái đất và do đó có khoảng thời gian khác nhau, điều này cho thấy đã có sự thay đổi trong lượng phát thải của QSO1 – phù hợp với việc lỗ đen tiêu thụ lượng vật chất khác nhau theo thời gian.
Và, dựa trên độ sáng của vật thể, người ta đã ước tính rằng bản thân lỗ đen đã khá lớn so với thời kỳ đầu trong lịch sử Vũ trụ, với khối lượng gấp 10 triệu lần Mặt trời. Công trình khác tiết lộ rằng hầu hết vật chất xung quanh nó là khí đã hình thành tương đối ít sao.
Và, chỉ tháng trước, một cái nhìn chi tiết về quang phổ của QSO1 cho thấy có rất ít sự hiện diện ngoài hydro, phù hợp với việc vật thể này đã tạo ra rất ít sao cho đến thời điểm này trong lịch sử của nó.
Sự không chắc chắn lớn trong tất cả những điều này là mối quan hệ giữa độ sáng của vật thể và khối lượng của lỗ đen. Chúng tôi rút ra mối quan hệ đó từ U gần đây niverse, nơi các lỗ đen siêu lớn được nhúng vào các thiên hà trưởng thành cung cấp một số cấu trúc cho vật chất mà lỗ đen đang ăn.
Không có gì đảm bảo rằng mối quan hệ tương tự này sẽ sớm tồn tại trong lịch sử của Vũ trụ. May mắn thay, nhờ độ phóng đại của thấu kính hấp dẫn, QSO1 mang đến cho chúng ta một cơ hội tuyệt vời để tìm hiểu xem mối quan hệ này tồn tại được bao xa.
Để có được bức tranh chi tiết hơn về những gì nằm ở trung tâm của QSO1, một nhóm quốc tế lớn đã xây dựng một bức tranh chi tiết về môi trường xung quanh nó.
Chúng bao gồm lượng ánh sáng phát ra từ các khu vực khác nhau, cũng như tốc độ di chuyển của vật chất ở những khu vực đó so với Trái đất, được xác định bởi sự dịch chuyển màu đỏ và màu xanh của lượng khí thải hydro.
(Dữ liệu rất nhất quán, với một mặt của vật thể hiển thị sự dịch chuyển màu đỏ và mặt đối diện màu xanh lam.) Họ cũng xem xét sự phân tán vận tốc, ghi nhận mức độ biến thiên so với vận tốc trung bình.
Với dữ liệu này trong tay, họ đã xây dựng các mô hình để kiểm tra xem hệ thống nào giải thích nó tốt nhất. Trong mọi trường hợp, sự phù hợp nhất là một hệ thống có nguồn điểm lớn ở trung tâm và phần còn lại của vật liệu xoay quanh nó.
Nỗ lực xây dựng các phiên bản có cụm sao xung quanh lỗ đen tương tự như cụm sao được thấy trong Dải Ngân hà đã dẫn đến sự trùng khớp kém chính xác hơn nhiều với dữ liệu trong thế giới thực.
Những mô hình này cho rằng khối lượng của lỗ đen gấp khoảng 50 triệu lần khối lượng Mặt trời, phù hợp với ước tính trước đó. Điều đó cho thấy các quy luật chi phối độ sáng của lỗ đen không thay đổi trong ít nhất 13 tỷ năm qua.
Việc cố gắng ước tính khối lượng của bất kỳ ngôi sao nào xung quanh lỗ đen cho thấy có rất ít ngôi sao. Các nhà nghiên cứu kết luận: “Đường cong quay của Kepler để lại rất ít chỗ cho bất kỳ thành phần sao nào”.
Những nỗ lực ước tính tổng khối lượng sao trong “thiên hà” nơi lỗ đen nằm trong đó đã đưa ra giới hạn trên là 20 triệu khối lượng mặt trời – chưa bằng một nửa khối lượng của chính lỗ đen. Nói cách khác, hơn 2/3 khối lượng QSO1 nằm trong lỗ đen, trong đó các ngôi sao chiếm chưa đến 1/3.
Điều này giải thích tại sao từ 'thiên hà' lại nằm trong dấu ngoặc kép ở trên. “Theo hiểu biết của chúng tôi, giới hạn trên này khiến QSO1 trở thành BH khổng lồ ‘trần trụi’ nhất từng được tìm thấy,” nhóm nghiên cứu kết luận.
Rất nhiều bài báo được dành để xem xét làm thế nào lỗ đen đặc biệt này có thể không quá lớn quá sớm trong lịch sử của Vũ trụ.
Có ba ý tưởng hàng đầu cho nó: các lỗ đen nguyên thủy được hình thành ngay sau Vụ nổ lớn; sự sụp đổ trực tiếp của các đám mây khí khổng lồ khiến hoàn toàn không có sự hình thành sao; hoặc sự sáp nhập nhanh chóng của các lỗ đen hình thành trong các cụm sao dày đặc, sớm.
Ở đây, các nhà nghiên cứu lập luận rằng việc có một lỗ đen siêu lớn với rất ít ngôi sao xung quanh cho thấy chúng ta có thể bỏ qua lựa chọn thứ ba. Nếu không có cụm sao dày đặc, bạn không thể hình thành đủ lỗ đen để hợp nhất.
Điều này để lại hai cơ chế hoàn toàn mang tính lý thuyết vào thời điểm này. Điều đó nói lên rằng, cuộc thảo luận dường như gợi ý rằng nhiều mô hình sụp đổ trực tiếp hiện đang hoạt động đòi hỏi một nguồn bức xạ cực tím chính và khối lượng xung quanh lớn hơn chúng ta thấy trong QSO1.
Điều đó dường như thiên về một lỗ đen nguyên thủy làm nguồn, mặc dù điều đó có thể đòi hỏi nó phải tăng gấp 10 lần trong 700 triệu năm tồn tại của nó. Ngược lại, điều đó cho thấy đã có sự hợp nhất giữa quần thể này trong lịch sử của Vũ trụ.
Tất cả những điều đó tạo nên một cuộc thảo luận thú vị mà chắc chắn sẽ không được giải quyết cho đến khi chúng ta có thêm ví dụ về vấn đề này. rt của lỗ đen siêu lớn trần trụi.
Thiên nhiên, 2026. DOI: 10.1038/s41586-026-10579-4 ( Giới thiệu về DOI ).
Gợi ý thực hành:
1. Theo dõi thông báo từ cơ quan địa phương tại California.
2. Kiểm tra nguồn chính thức trước khi chia sẻ lại thông tin.