Mới đây, các nhà Thiên văn học đã phát hiện một hố đen với khối lượng vật chất tích tụ gấp bảy triệu lần khối lượng Mặt Trời chỉ trong vòng mười hai triệu năm. Hố đen này được đặt tên là LID-568, được ước tính tồn tại 1,5 tỉ năm sau Big Bang (Vụ Nổ Lớn).

Hố đen LID-568 đã lộ diện nhờ sự hợp tác giữa Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) và Đài quan sát tia X Chandra. Với khả năng quan sát tia X vượt trội của mình, Chandra cung cấp những hình ảnh chi tiết về môi trường xung quanh hố đen để giúp các nhà khoa học trên toàn cầu hiểu rõ thêm về cấu trúc phức tạp và quá trình tiến hóa của vũ trụ.

Hình 1: Đài quan sát tia X Chandra, một phần của “Đài quan sát lớn” (Great Observatories) thuộc quyền sở hữu của NASA.

Nguồn ảnh: https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2023/02/20years.jpg

Vậy tại sao LID-568 được gọi là hố đen “ăn nhanh nhất” nhất từng được biết đến và điều đó có ảnh hưởng đến những định luật vật lý chúng ta biết hay không? Hãy cùng USAC chúng mình tìm hiểu nhé!

Trước tiên chúng mình cần hiểu rõ về bức xạ tia X của một hố đen là gì nhé! Khi các phân tử khí bị rơi vào hố đen do tác dụng của lực hấp dẫn; đến một thời điểm nào đó, các phân tử khí không thể bị nuốt trọn cùng một lúc, nó sẽ tụ lại thành một đĩa nóng đủ để phát ra bức xạ tia X. Tốc độ bồi tụ vật chất càng nhanh, năng lượng bức xạ tia X càng lớn.

Tuy nhiên, trên lý thuyết có một giới hạn về lượng vật chất mà hố đen có thể tiêu thụ trong một khoảng thời gian xác định. Giới hạn này mô tả mối quan hệ giữa tốc độ vật chất rơi vào một lỗ đen và lượng bức xạ thoát ra (bao gồm cả tia X), do sự rơi vào của vật chất tạo ra lượng bức xạ đẩy ngược lại vào vật chất đang tích tụ. Quá trình này gọi là phản hồi, trên một tốc độ bồi tụ nhất định, phản hồi sẽ tăng lên rất lớn đến mức nó ngăn chặn sự bồi tụ. Giới hạn này được gọi là giới hạn Eddington.

Khi các nhà thiên văn học thực hiện những quan sát đối với LID-568 bằng thiết bị Quang phổ trường tích phân, họ đã đo được tốc độ thoát ra của các chùm phản lực từ hố đen khoảng 500 đến 600 km mỗi giây. Kết hợp với việc bức xạ tia X từ hố đen này sáng hơn nhiều lần so với những gì ta biết về một hố đen bồi tụ tương đối sớm trong lịch sử vũ trụ; họ tính toán được tốc độ nuốt chửng vật chất của hố đen này gấp 40 lần giới hạn Eddington của nó.

Hình 2: Hố đen LID-568 được quan sát bởi Đài quan sát tia X Chandra.

Nguồn ảnh: https://chandra.si.edu/photo/2024/lid568/lid568_525.jpg

Với tốc độ nuốt chửng vật chất vượt qua khỏi giới hạn về một hố đen (giới hạn Eddington), thì có ảnh hưởng gì đến những định luật vật lý không?

Câu trả lời là không nhất thiết. Có thể LID-568 là đại diện cho một trạng thái tạm thời được đặc trưng bởi tốc độ bồi tụ cực cao với các dòng chảy ra mạnh mẽ ngăn chặn quá trình hình thành sao trong thiên hà chủ của nó. 

Hình 3: Hố đen LID-568 cùng với tốc độ phát triển đáng kinh ngạc, gấp 40 lần so với giới hạn Eddington.

Nguồn ảnh: https://i.gzn.jp/img/2024/11/07/black-hole-lid-568/00.png

Sự bồi tụ vật chất với tốc độ nhanh sẽ không tiếp diễn mãi mãi, giới hạn Eddington sẽ dần thắng thế. Hiện tại LID-568 có khối lượng gấp 7,2 triệu lần so với khối lượng Mặt Trời, và 4,1 triệu lần so với Sagittarius A*. 

"Hố đen này đang có một bữa tiệc thịnh soạn", đồng tác giả nghiên cứu Julia Scharwächter từ Đài quan sát Gemini quốc tế cho biết.

"Hầu hết các hố đen vũ trụ sơ khai được James Webb phát hiện đều rất mờ (hoặc không thể phát hiện) trong tia X, nhưng LID-568 đã thu hút sự chú ý của chúng tôi do độ sáng cao của nó trong tia X", Mar Mezcua từ Viện Khoa học Không gian và Viện Nghiên cứu Không gian của Catalonia nhấn mạnh.

Phát hiện này đã cung cấp thêm cho chúng ta về cơ chế trong quá trình hình thành và phát triển của hố đen, đồng thời mở ra những hướng đi mới trong việc nghiên cứu vũ trụ.

-----------------------

Tài liệu tham khảo: 

[1]: K. Cooper, “‘Fastest-feeding’ black hole of the early universe found! But does it break the laws of physics?,” Space https://www.space.com/the-universe/black-holes/fastest-feeding-black-hole-of-the-early-universe-found-but-does-it-break-the-laws-of-physics. 

[2]: H. Suh et al., “A super-Eddington-accreting black hole ~1.5 Gyr after the Big Bang observed with JWST,” Nat. Astron

[3]: “Super-Eddington black hole LID-568 devours matter at record rate, defying growth theories,” The Jerusalem Post, The Jerusalem Post, 06-Nov-2024.

Lê Phúc Trí

Ban Nội Dung CLB Thiên Văn USAC