Quá trình hình thành của các lỗ đen siêu lớn trong vũ trụ diễn ra như thế nào?

Lỗ đen là một hiện tượng được Albert Einstein dự đoán hơn 100 năm trước, nhưng cho đến năm 2019, con người mới chụp được bức ảnh đầu tiên về lỗ đen, đó là lỗ đen nằm ở trung tâm của thiên hà M87 (Messier 87), cách Trái Đất khoảng 54 triệu năm ánh sáng.

Là một lỗ đen khổng lồ nằm ở trung tâm của một thiên hà, khối lượng của nó lên tới 6,5 tỷ lần khối lượng của Mặt Trời, so với lỗ đen Sagittarius A* công bố vào năm 2022, khối lượng của nó chỉ bằng 4,4 triệu lần khối lượng của Mặt Trời.

Các nhà thiên văn học hiện nay cho rằng có hai loại chính của lỗ đen trong vũ trụ: lỗ đen cấp sao được hình thành từ sự sụp đổ của vùng lõi sau khi một ngôi sao lớn chết đi, và lỗ đen siêu lớn nằm ở trung tâm của mỗi thiên hà.

Khối lượng của lỗ đen siêu lớn này có thể từ hàng triệu đến hàng chục tỷ lần khối lượng của Mặt Trời. Có khoảng 2 nghìn tỷ thiên hà được quan sát trong vũ trụ, và các nhà khoa học tin rằng có khoảng 2 nghìn tỷ lỗ đen siêu lớn tương ứng.

Hiện nay, tổng khối lượng của tất cả các lỗ đen sao và lỗ đen siêu lớn trong vũ trụ xấp xỉ chỉ chiếm 1% tổng khối lượng của vũ trụ, điều này cũng có nghĩa là khoảng 1% vũ trụ đã bị lỗ đen 'nuốt chửng'.

Trước đây, cộng đồng nghiên cứu tin rằng lỗ đen siêu lớn trong vũ trụ xuất phát từ sự va chạm và hợp nhất của các lỗ đen sao, vì không thiếu những ngôi sao già có khối lượng lớn ở trung tâm mọi thiên hà, khi chúng trở thành lỗ đen và hợp nhất dưới tác dụng của trọng lực thành các lỗ đen lớn hơn, chỉ cần thời gian đủ dài thì có thể tạo ra các lỗ đen siêu lớn.

Tuy nhiên, với việc phát hiện của kính thiên văn Webb về sự tồn tại của các lỗ đen siêu lớn cách chúng ta hàng chục tỷ năm ánh sáng, giả thuyết về việc hợp nhất các lỗ đen sao thành các siêu lỗ đen đã trở nên không thể thực hiện được.

Bởi vì trong những ngày đầu của Vụ nổ lớn cách đây hơn 10 tỷ năm, vũ trụ chỉ có một vài ngôi sao và chúng không đủ để tạo ra các lỗ đen siêu lớn, cho thấy có những nguyên nhân khác giải thích nguồn gốc của các lỗ đen siêu lớn.

Theo các nhà thiên văn, lý thuyết phôi lỗ đen đã được đưa ra để giải thích sự hình thành của các lỗ đen siêu lớn trong vũ trụ.

Lý thuyết này cho rằng các lỗ đen siêu lớn trong vũ trụ đã tồn tại từ thời kỳ ban đầu của Vụ nổ lớn, khi đó chúng chỉ là những hạt giống của các lỗ đen, có kích thước nhỏ nhưng sẽ tăng lên theo sự mở rộng của vũ trụ. Các hạt giống lỗ đen ở gần tâm của Vụ nổ lớn sẽ phát triển thành các lỗ đen siêu lớn trong một thời gian ngắn.

Đây là lý do tại sao kính viễn vọng Webb có thể phát hiện ra siêu lỗ đen cách chúng ta hàng chục triệu năm ánh sáng, đồng thời cũng là nguyên nhân tạo ra các siêu lỗ đen ở trung tâm Dải Ngân hà và trung tâm thiên hà M87.

Trong tương lai, các lỗ đen siêu lớn trong vũ trụ sẽ tiếp tục hấp thụ các ngôi sao gần đó và phát triển, tuy nhiên, lo ngại rằng mọi vật chất trong vũ trụ sẽ bị lỗ đen nuốt chửng là không có căn cứ, vì hiện tại các lỗ đen siêu lớn không còn có ngôi sao nào ở gần.

Dù là một ngôi sao đơn lẻ hoặc cụm sao hình cầu, chúng sẽ không bị lỗ đen nuốt chửng vì chúng đều nằm ngoài phạm vi của sự kiện chân trời của lỗ đen và chỉ bị ảnh hưởng bởi lực hấp dẫn của nó.

Hiện tại, con người chỉ có thể giải quyết một phần nhỏ trong số nhiều bí ẩn của lỗ đen. Nếu chúng ta có thể tạo ra một lỗ đen thu nhỏ trong tương lai hoặc phát hiện một lỗ đen sao ở khoảng cách gần hơn, các nhà thiên văn sẽ có cơ hội tìm hiểu về chúng và thậm chí tìm ra cách sử dụng chúng để biến dạng không gian thời gian.

Một khi nắm bắt được công nghệ lỗ sâu, loài người có thể trong thời gian ngắn di chuyển đến các vùng không gian kéo dài hàng chục triệu năm ánh sáng và trở thành một nền văn minh vũ trụ đích thực.