 |
| Ánh sáng hồng ngoại có thể còn hơn từ các vật phể phát sáng đầu tiên của vũ trụ, trong đó có các ngôi sao. Ảnh: Internet |
Vật chất tối - loại vật chất chiếm phần lớn của vũ trụ - liệu có phải được hình thành từ các hố đen? Một số nhà thiên văn học hiện thiên về khả năng này.
Theo nhà thiên văn học Alexander Kashlinsky tại Trung tâm Goddard ở Maryland của NASA, việc các hố đen được hình thành ngay sau khi vụ nổ Big Bang có thể giải thích chính xác sóng hấp dẫn, hoặc những gợn sóng không gian - thời gian, do Đài quan sát LIGO phát hiện hồi năm ngoái, cũng như những quan sát trước đó về vũ trụ sơ khai.
Nếu Kashlinsky đúng, vật chất tối có thể được tạo thành từ những lỗ đen nguyên thủy, tất cả các thiên hà có thể được nhúng vào một quả cầu khổng lồ của lỗ đen và vũ trụ ban đầu có thể đã tiến hóa theo một cách khác với những gì các nhà khoa học từng nghĩ.
Năm 2005, Kashlinsky và các đồng nghiệp đã sử dụng Kính viễn vọng không gian Spitzer của NASA để khám phá nguồn gốc của ánh sáng hồng ngoại tìm thấy trong vũ trụ. Do ánh sáng phát đi từ các vật thể vũ trụ có một số lượng thời gian hữu hạn để vượt qua các không gian, các nhà thiên văn trên Trái đất quan sát các vật thể ở cách xa như cách nhìn vào quá khứ. Nhóm của ông Kashlinsky muốn nhìn về phía vũ trụ sơ khai, đến nơi mà kính thiên văn có thể bắt gặp những thiên hà riêng lẻ.
“Giả sử bạn nhìn vào thành phố New York từ xa, bạn không thể nhìn thấy các cột đèn hoặc các tòa nhà riêng biệt, nhưng bạn có thể nhìn thấy các vật này lan tỏa ánh sáng do chúng tạo ra”, Kashlinsky nói.
Khi loại trừ tất cả các ánh sáng từ các thiên hà đã được biết đến trong khắp vũ trụ, các nhà nghiên cứu vẫn có thể phát hiện ra ánh sáng dư thừa - ánh sáng nền từ các nguồn đầu tiên chiếu sáng vũ trụ hơn 13 tỷ năm trước.
Năm 2013, Kashlinsky và các đồng nghiệp đã sử dụng Đài thiên văn tia X Chandra của NASA để khám phá những ánh sáng nền trong một phần khác của quang phổ điện từ: tia X-quang. Và họ đã ngạc nhiên khi thấy các mô hình trong nền hồng ngoại hoàn toàn phù hợp với mô hình trong nền X-quang.
“Nguồn duy nhất có thể sản sinh ra cả tia hồng ngoại và tia X là lỗ đen”, ông Kashlinsky cho biết. Lúc đó, theo ông, đây có thể là các hố đen nguyên thủy.
Ngày 14/9/2015, LIGO lần đầu tiên phát hiện trực tiếp sóng hấp dẫn - những gợn sóng vũ trụ trong cấu trúc không gian - thời gian - do một cặp hố đen va chạm nhau sản sinh ra. Sự kiện này đánh dấu bước khởi đầu cho một kỷ nguyên khám phá mới - một trong những khám phá đó là các nhà thiên văn có thể thu thập những tín hiệu duy nhất này được tạo ra bởi các sự kiện thiên văn mạnh mẽ và lần đầu tiên, trực tiếp phát hiện hố đen (ngược với việc nhìn thấy những vật chất phát sáng xung quanh hố đen).
Nhưng nhà thiên văn học Simeon Bird tại Đại học Johns Hopkins cho rằng, phát hiện này có thể còn quan trọng hơn thế, hai hố đen do LIGO phát hiện có thể là nguyên thủy.
 |
| Hình ảnh bầu trời trong ánh sáng hồng ngoại do Kính viễn vọng không gian Spitzer của NASA chụp. Ảnh: Internet |
Các hố đen nguyên thủy không phải do sự sụp đổ của một ngôi sao chết tạo nên (theo cơ chế thông thường, hố đen hình thành khá muộn trong lịch sử vũ trụ). Thay vào đó, chúng được hình thành ngay sau vụ nổ Big Bang, khi sóng âm thanh phát ra trong vũ trụ. Các khu vực nơi sóng âm thanh dày đặc nhất có thể đã sụp đổ để tạo thành các hố đen.
“Giống như khi nhào bột bánh pizza, sau một lúc, bạn sẽ thấy xuất hiện những lỗ hổng trong bột bánh. Nó cũng tương tự như với không gian - thời gian, ngoại trừ những hố đen nguyên thủy”, ông Kashlinsky giải thích.
Cho đến nay, các hố đen nguyên thủy vẫn còn là giả thiết. Nhưng Alexander Kashlinsky, ấn tượng với gợi ý của Simeon Bird, đưa giả thuyết này tiến thêm một bước. Trong bài báo được công bố trên tờ The Astrophysical Journal Letters, Kashlinsky coi các hố đen nguyên thủy có thể gây ra cho sự tiến hóa của vũ trụ.
Theo ông Kashlinsky, trong 500 triệu năm đầu tiên của lịch sử vũ trụ, vật chất tối sụp đổ thành những chùm gọi là quầng sáng, trong đó cung cấp các hạt hấp dẫn sau này cho phép tích tụ vật chất và hình thành nên các ngôi sao, thiên hà. Nhưng nếu vật chất tối được các hố đen nguyên thủy sản xuất ra, quá trình này sẽ tạo ra nhiều quầng sáng và có thể giải thích cho cả hai nguồn hồng ngoại và X-quang dư thừa mà ông và đồng nghiệp đã quan sát thấy trước đây.
Ánh sáng hồng ngoại sẽ đến từ các ngôi sao đầu tiên được hình thành trong quầng sáng. Mặc dù ngôi sao phát xạ ánh sáng quang học và cực tím, sự mở rộng của vũ trụ trải dài theo cách tự nhiên, sao cho ánh sáng từ các ngôi sao đầu tiên xuất hiện, các nhà thiên văn trên Trái đất thu được một ánh sáng hồng ngoại. Mặc dù không có thêm những quầng sáng, các ngôi sao nguyên thủy có thể tạo ra một nền ánh sáng hồng ngoại, nhưng chưa đến mức Kashlinsky và đồng nghiệp quan sát được, ông nói.
Các khí tạo ra những ngôi sao này cũng sẽ rơi vào hố đen nguyên thủy, bị đốt nóng đến nhiệt độ đủ lớn để tạo ra tia X-quang. Các hố đen nguyên thủy kết nối hai quan sát này với nhau. “Mọi thứ phù hợp với nhau khá tốt”, Kashlinsky cho biết.
Đôi khi, những hố đen nguyên thủy sẽ đến đủ gần để bắt đầu quay quanh nhau. Theo thời gian, hai hố đen sẽ xoắn lại với nhau và phát ra sóng hấp dẫn, có khả năng giống như những gì LIGO đã phát hiện. Tuy nhiên, cần nhiều quan sát các hố đen để xác định các đối tượng này là nguyên thủy hay được hình thành sau này trong lịch sử tiến hóa của vũ trụ.
