hố đen

Hố đen Trang lịch sử mới về hố đen (phần I) Trang lịch sử mới về hố đen (phần II) Trang lịch sử mới về hố đen (phần III) Hố đen vũ trụ vốn phải chịu đựng danh tiếng xấu. Báo chí kết tội chúng là những con quái vật trọng lực, các nhà thiên văn học gán cho chúng biệt danh những kẻ thích ẩn mình, còn các giả thuyết từ lâu vẫn coi chúng là điểm dừng của quá trình tiến hóa vũ trụ. Những vật thể không thể nhìn thấy được này được miêu tả giống như thế lực bí ẩn tiêu hủy và bòn rút sự sống. Do đó có vẻ thật kỳ lạ khi coi chúng là nguồn lực sáng tạo không thể thiếu trong vũ trụ. Thế nhưng đây lại là bức trang sáng sủa mới của các hố đen cùng với vai trò của chúng trong quá trình tiến hóa vũ trụ. Các cuộc phỏng vấn với nhiều chuyên gia đã viết lại trang sử khó nắm bắt của những vật thể hay ẩn náu này đồng thời tiết lộ hố đen thực chất là những nhà điêu khắc của thiên hà. Dưới quan điểm mới đã được chỉnh sửa, tuy vẫn còn chứa đựng nhiều thông tin gây tranh cãi, nhiều đoạn văn còn mờ nhạt hay những chương mở đầu còn thiếu chi tiết, hố đen được chứng minh giữ vai trò nguồn lực cơ bản trong quá trình phát triển cũng như hình dạng cơ bản của thiên hà cùng với sự phân bố sao trong thiên hà. Lịch sử mới cũng cho thấy một hố đen gần như chắc chắn là sản phẩm của thiên hà mà nó cư ngụ. Giả thuyết hình thành mang một cái tên thông dụng kiểu Darwin: đồng tiến hóa. Đồng tiến hóa xảy ra khoảng dưới một thập kỷ, và kéo dài tới 30 năm phụ thuộc vào đối tượng. Rất nhiều các nhà giả thuyết học chưa bao giờ nhìn nhận điều này một cách nghiêm túc, và cũng không ai có đủ bằng chứng để củng cố nó. Chỉ trong vòng 6 năm trở lại đây, giả thuyết đã có được vị thế nhất định. Trong vòng ba năm trở lại đây, các quan sát đã hỗ trợ đắc lực để biến giả thuyết đồng tiến hóa trở thành giả thuyết chính thống về cả sự phát triển hố đen và sự hình thành thiên hà. Meg Urry, nhà thiên văn học kiêm giáo sư vật lý thuộc đại học Yale cho biết: “Bức tranh đang hiện hình về các hố đen và thiên hà đồng tiến hóa đã thay đổi quan điểm về các hố đen của chúng ta. Trước đây, các hố đen được coi là điểm dừng của quá trình tiến hóa, giai đoạn nghỉ ngơi cuối cùng của hầu hết hoặc tất cả các vật chất trong vũ trụ. Hiện nay chúng ta tin rằng các hố đen cũng giữ một vai trò chủ chốt trong sự hình thành các thiên hà”. Quan điểm này đặc biệt phù hợp trong việc giải thích cơ chế các thiên hà khổng lồ hình thành trong một tỷ năm đầu tiên của vũ trụ. Và nó cũng mới đến nỗi chỉ vừa tuần trước thôi các giả thuyết gia mới thu được cái có thể là bằng chứng trực tiếp đầu tiên cho thấy các thiên hà trên thực tế đã hình thành xung quanh những hố đen đầu tiên. Câu hỏi về gà và trứng Giống như các nhà khảo cổ học, các nhà thiên văn học cống hiến hầu hết sự nghiệp để nhìn lại quá khứ. Họ thu thập photon đã phiêu du xuyên suốt thời gian và không gian kể từ thời điểm trái đất hình thành, vào khoảng 4,5 tỷ năm trước. Rogier Windhorst, nhà thiên văn học thuộc Đại học Arizona, đã tìm hiểu sâu xa trong quá khứ, vào tận kỷ nguyên khi mà vũ trụ chỉ mới có tuổi thọ bằng 5% so với hiện nay. Hố đen và quá trình đồng tiến hóa Một sự liên kết nào đó có lẽ đã châm ngòi cho năng lượng đầu ra của thiên hà Centaurus A. (Ảnh: Space) Câu đố Rất đặc nhưng những vật thể được gọi là chuẩn tinh này có thể chiếu sáng cả ngàn thiên hà bình thường. Chúng xuất hiện rất nhiều vào thời điểm vũ trụ chưa đầy 10% tuổi thọ của nó. Chuẩn tinh được các hố đen cung cấp năng lượng và nặng hơn một tỷ mặt trời. Bằng cách nào chúng có thể lớn nhanh như vậy? Giả thuyết đi trước Quá trình đồng tiến hóa cho rằng các thiên hà và các hố đen cực lớn tiến hóa cùng nhau, mỗi một vật thể phải dựa vào vật thể kia để có được trọng lượng cơ bản của nó. Nếu điều này là đúng, một khi đã được tìm hiểu đầy đủ, giả thuyết mới sẽ giúp giải đáp câu hỏi về sự phát triển. Bằng chứng Theo một bài báo cáo tuần trước, các chuẩn tinh đầu tiên dường như được bao quanh bởi các thiên hà lớn có chứa hàng tấn khí, cung cấp năng lượng cho quá trình hình thành sao và nuôi dưỡng các hố đen. Vật chất tối được nghiên cứu bằng cách tìm hiểu các đám mây khí nóng như trên hình. (Ảnh: Space) Ở gần các chuẩn tinh là các thiên hà thông thường có lẽ chỉ vừa đi qua giai đoạn chuẩn tinh, có thể thấy được trên ảnh. Chỗ phình ở trung tâm của các ngôi sao thuộc nhiều thiên hà, ví dụ như thiên hà Milky Way, có liên quan trực tiếp đến khối lượng của các hố đen bị chôn bên trong. Các kích cỡ của một thiên hà cũng có liên quan chặt chẽ đối với “thói quen ăn uống” của hố đen. Hầu hết khối lượng của hố đen chính là tổng trọng lượng khí, điều này chỉ ra rằng hố đen cần có một thiên hà xung quanh ở phát triển. Con ngựa màu đen Quầng sáng vật chất tối bí ẩn được cho là lan truyền vào không gian bao quanh các thiên hà. “Chiếc máy phát” trọng lực vô hình này giữ một vai trò quan trọng trong thiên hà cũng như sự tạo thành hố đen. Các giả thuyết tương tự Nếu giả thuyết đồng tiến hóa thống trị, như hầu hết các nhà nghiên cứu tin tưởng, thì hay giả thuyết khác sẽ trở thành sai: một là thiên hà hình thành đầu tiên và dẫn tới sự phát triển của hố đen; hai là hố đen hình thành trước, cung cấp hạt giống để thiên hà kết hợp lại. Cũng có thể các dạng thiên hà khác nhau hình thành bằng những phương tiện khác nhau, và quá trình đồng tiến hóa chỉ có thể mô tả một con đường dẫn tới sự hoàn thiện của thiên hà. Vào đầu tháng này, Windhorst cùng cộng sự Haojing Yan sẽ công bố bức ảnh chụp được bằng kính viễn vọng không gian Hubble thể hiện hình ảnh các thiên hà bình thường ở xa nhất từng quan sát được. Mặc dù bị kéo căng và hơi méo mó bởi tác động của kỹ thuật quan sát, các thiên hà mới được phát hiện khá giống với thiên hà Milky Way của chúng ta. Chúng tồn tại từ các đây 13 tỷ năm, trong vòng 1 tỷ năm sau vụ nổ Big Bang. Trên thực tế các vật thể song hành được phát hiện qua những quan sát riêng biệt thuộc Khảo sát bầu trời kỹ thuật số Sloan rất rắn chắc và sáng rực rỡ chính là các chuẩn tinh. Những thiên hà sáng chói chính là vì mỗi một thiên hà đều có một lỗ đen khổng lồ nằm ở trung tâm. Khối lượng của hố đen tương đương với một tỷ mặt trời hoặc hơn thế, tất cả đều được nén vào tromg một diện tích mà có lẽ còn nhỏ hơn hệ mặt trời của chúng ta. Ở gần các chuẩn tinh là các thiên hà Lực hút tạo thành đã hút tất cả khí xung quanh. thông thường có lẽ chỉ vừa đi qua giai Vật chất được gia tốc đến gần tương đương với đoạn chuẩn tinh, có thể thấy được trên tốc độ ánh sáng, bị làm nóng cực độ rồi bị nuốt ảnh. (Ảnh: Space) chửng. Quá trình này không hiệu quả hoàn toàn mà vẫn có sản phẩm phụ: một lượng lớn năng lương, chính là sóng radio, tia X và ánh sáng bình thường – chiếu sáng toàn bộ khung cảnh. Chuẩn tinh dường như cũng được bao quanh bởi các quần sáng của vật chất tối, đây là một thành phần bí ẩn không quan sát được của mọi thiên hà. Các nhà nghiên cứu đang dần nhận ra rằng đồng tồn tại và xen lẫn vật chất tối chính là vùng sao và khí vỡ vụn lớn bằng hoặc thậm chí lớn hơn thiên hà của chúng ta. Không thể có sự trùng hợp ngẫu nhiên khi mà hai phát hiện – chuẩn tinh ở phía xa và các thiên hà thông thường – được công bố cùng lúc lại hội nghị của Hiệp hội thiên văn học Hoa Kỳ (AAS) vào ngày 9 tháng 1. Quá trình đồng tiến hóa đã cùng hiển hiện trong trí óc của những người khám phá. Trong số những tác động đáng kể của giả thuyết đồng tiến hóa chính là khả năng đáp lại câu hỏi về gà và trứng tồn tại từ lâu trong lĩnh vực thiên văn học: Cái gì xuất hiện trước, thiên hà hay hố đen? Windhorst đặt ra câu hỏi: “Thế còn cả hai cùng xuất hiện thì sao? Trên thực tế bạn có thể có thiên hà hình thành đồng thời với một hố đen đang lớn dần lên”. Urry dù không tham gia vào quá trình khám phá nhưng khi được đề nghị phân tích vấn đề đã giải thích như thế này: “Chúng tôi tin rằng các thiên hà và chuẩn tinh có mối liên hệ mật thiết, thực tế chuẩn tinh là một pha trong quá trình tiến hóa thiên hà. Đối với bức tranh hiện nay của chúng ta, khi mỗi một thiên hà hình thành và sụp đổ nó phải trải qua một pha chuẩn tinh ngắn”. Vậy khi một chuẩn tinh nằm in lìm, những gì còn lại sẽ được gắn kết với thiên hà bình thường – những ngôi sao, khí vần vũ xung quanh một cái hố vật chất bí ẩn nằm ở trung tâm. Tuy nhiên chuẩn tinh là một nhân vật không dễ gần. Chuẩn tinh là một cái tên ngắn gọn cho cụm từ “nguồn radio giống sao”, các nhà thiên văn học ban đầu còn nhầm lẫn nó với các ngôi sao trong thiên hà của chúng ta vào thời kỳ những năm 1960. Khi một chuẩn tinh phát sáng, độ sáng của nó có thể vượt qua cả ánh sáng của một ngàn thiên hà thông thường. Chuẩn tinh chiếu sáng cho toàn bộ thiên hà “nhà” của nó, sáng đến nỗi các nhà khoa học không thể nhìn thấy nhân tố gây ra mọi chấn động trong đó. Tấm màn che sẽ được vén dần lên khi bạn đọc bài này. Tuy nhiên khi thị lực của kính viễn vọng được mở rộng để nhìn được sâu xa hơn trong quá khứ, dữ liệu cũng được đưa ra xử lý bằng các mô hình máy tính hiện đại. Ý tưởng rút ra Theo Martin Haehnelt thuộc Đại học Cambridge, các mô phỏng về quá trình đồng tiến hóa bắt đầu xuất hiện từ giữa những năm 1990 khi mà các nhà nghiên cứu tìm ra nhưng đầu mối cho thấy sự xuất hiện của một lỗ đen khá lớn nằm ở trung tâm thiên hà có liên quan đến hình dạng của thiên hà đó. Chỉ có các thiên hà với thành phần phình hình cầu mới có các lỗ đen siêu lớn cư ngụ. Thiên hà Milky Way, nếu có thể nhìn được từ ngoài rìa, sẽ là một ví dụ thích hợp về một trong những chỗ phình của thiên hà. Milky Way nhỏ hơn rất nhiều thiên hà, và nó có một hố đen cũng nhỏ hơn tương ứng, vào khoảng 2,6 triệu lần mặt trời. Theo các nhà thiên văn học, nó chắc chắn đã từng trải qua giai đoạn chuẩn tinh. Vào giữa những năm 1990, không ai biết chắc chắn hố đen phổ biến như thế nào. Giả thuyết cùng với các dữ liệu quan sát đã dẫn đến một khả năng rằng chúng tồn tại ở khắp nơi. Sau đó vào năm 2000, các nhà thiên văn học tìm được bằng chứng thuyết phục cho thấy các hố đen lẩn quất sâu bên trong nhiều và có lẽ mọi thiên hà có vùng phình sao ở trung tâm. Bên cạnh đó, một phân tính cũng cho thấy có mối liên hệ trực tiếp giữa khối lượng của mỗi hố đen và hình dạng cũng như phạm vi của chỗ phình, dẫn tới kích cỡ chung của thiên hà. Tại một hội nghị của AAS vào tháng 6 năm 2000, John Kormendy thuộc Đại học Texas tại Austin đã công bố các bằng chứng về 10 hố đen ma mút với khối lượng có liên quan tới chỗ phình trong thiên hà của chúng. Kormen làm việc trong một nhóm các nhà nghiên cứu lớn do nhà thiên văn học Douglas Richstone thuộc Đại học Michigan chỉ đạo. Hiện nay một vài nhà nghiên cứ cho rằng, nghiên cứu này cùng với các nghiên cứu khác tiến hành gần nhau đóng vai trò là một bước ngoặt chung cho quá trình đồng tiến hóa, tiến tới gian đoạn thăng bằng định lượng ổn định. Haehnelt cho biết: “Quan điểm về quá trình đồng tiến hóa của các thiên hà và các hố đen khổng lồ sau đó được thảo luận và chấp nhận rộng rãi hơn”. Các bằng chứng tiếp tục được thu thập thêm. Vào năm 2001, hai nhóm nghiên cứu riêng biệt chứng minh được rằng nhiều thiên hà nhỏ hơn không có chỗ phình dường như cũng không có các hố đen đáng kể. Trong vòng 6 tháng qua, các nghiên cứu quan trọng khác cũng đã được tiến hành, mang lại lời khẳng định độc lập cho một số nghiên cứu ban đầu. Theo Haehnelt, “ngày một rõ [...]... chưa xác định được rõ liệu hố đen có giữ vai trò nào trong quá trình hình thành những thiên hà đầu tiên hay không” Ông nói tiếp: “Trên thực tế, có rất nhiều tranh luận xung quanh vấn đề liệu hố đen có thể hình thành trong những thiến hà rất nhỏ, và liệu có sự liên hệ nào giữa hố đen ‘nhỏ’ hình thành như điểm dừng trong quá trình tiến hóa của các vì sao lớn và những hố đen có khối lượng bằng một triệu... không hẳn là hoàn toàn bị bác bỏ Những giả thuyết đó cho rằng hố đen khổng lồ hình thành trước Còn một số người khác lại quy cho thiên hà trách nhiệm điều khiển quá trình hình thành hố đen Nếu hố đen phát triển gia tăng, thì không xác định được rõ ràng liệu sự hình thành phối hợp xảy ra từ giai đoạn đầu, hay nhảy vào sau khi một lượng khối lượng nhất định đã hình thành Martin Rees, người cộng tác với... một hố đen siêu lớn, các vì sao xung quanh nó, và quầng sáng vật chất tối bao quanh phối hợp hài hòa để tạo nên cấu trúc Cân nhắc với các bằng chứng khác, Ferrarese nhận thấy vai trò của vật chất tối còn lớn hơn, hiển nhiên hơn nhiều giả thuyết gia từng nhận xét Bà nói: “Có mối liên hệ quan sát được giữa khối lượng của hố đen và khối lượng của quầng sáng vật chất tối, không nhất thiết phải là khối... Bang, những hố đen đầu tiên được hình thành rồi “ăn ngấu nghiến” để đạt tới khối lượng lớn hơn 1 tỷ mặt trời Trước khi suy nghĩ về cách mà những tay vật Sumo của vũ trụ thời kỳ đầu này di chuyển cơ thể trong một trận đấu vật thì hay cân nhắc điều này: Một hố đen có thể nuốt chưa đầy 1% tổng khối lượng của thiên hà mà nó “thả neo” Tỏa sáng trong thời kỳ tăm tối Lịch sử giai đoạn đầu của hố đen – diễn... hợp các hố đen hạng trung thì đây lại là vấn đề gây nhiều tranh cãi nhất trong lĩnh vực thiên văn học Haehnelt cho biết: “Sự tồn tại của các hố đen hạng trung là một trong những câu trả lời lớn chưa có lời giải đáp trong lĩnh vực này Những phát hiện mới đây vẫn gây nhiều tranh cãi” Bất chấp, hầu hết các chuyên gia vẫn nhất trí rằng có tồn tại hố đen hạng trung, và có thể biến đổi thành những hố đen phát... giờ chấm dứt, đồng thời là đầu mối của quá trình tiến hóa của những hố đen đầu tiên lan tràn khắp thiên hà và trong vũ trụ Do đó các nhà thiên văn học đã tìm hiểu các sinh vật trong vũ trụ hiện nay để tìm đầu mối lần ra gốc rễ ban đầu Các hố đen có ở mọi nơi, hàng triệu hố đen loại tinh tú có thể thắp sáng một thiên hà Nếu những lỗ đen vĩ đại nhất hình thành từ sự đa dạng khi đó có thể sẽ có những bằng... hà Một số có lẽ có chứa những hố đen đang lớn dần lên ở trung tâm Tại đây giả thuyết đồng tiến hóa gặp phải trở ngại Trực giác cho rằng rất nhiều các hố đen tinh tú khổng lồ đơn giản kết hợp với nhau cho đến khi có một vật thể trung tâm đạt được khối lượng đủ lớn để điều khiển hình dạng và quá trình phát triển trong tương lại của thiên hà Nếu trực giác này là đúng thì hố đen nào giữ vị trí trung tâm?... cục chỉ bằng một quả bóng không lớn hơn một thành phố là mấy Kết quả là: một hố đen tinh tú hình thành Những vật thể này đậm đặc đến nỗi không có một thứ gì, kể cả ánh sáng có thể thoát ra được một khi đã nằm bên trong khối cầu lực hút Giếng lực hút có thể nặng tới vài mặt trời nhưng các phiên bản ban đầu có thể đạt tới khối lượng lớn gấp 100 lần khối lượng mặt trời Trong suốt hàng chục triệu, hàng... Quá trình va chạm Các nhà nghiên cứu ở cả hai phe hầu hết đều đồng ý rằng kích thước của một hố đen to lớn không trải qua giai đoạn kết hợp ban đầu Một khi khối lượng nhất định đã đạt được, nó trùng hợp với một giai đoạn trước giai đoạn mà các nhà thiên văn học thấy hiện nay – một hố đen đã đạt được phần lớn khối lượng bằng cách nuốt khí từ môi trường xung quanh Sự kết hợp vĩ đại Các thiên hà kết hợp... Giống như những quả bóng bi-a, các thiên hà mới hình thành có xu hướng va đập Nếu hai thiên hà kết hợp thì các hố đen của chúng cũng thế Mô hình máy tính mới đây đã suy đoán rằng sự kiện này rất mạnh mẽ, giải phóng ánh sáng khủng khiếp do khí bị trói buộc giữa các hố đen sau đó lao vùn vụt vào hố đen lớn hơn Sự kết hợp giữa các thiên hà diễn ra hàng triệu năm nên chúng không thể được quan sát theo cả quá . Hố đen Trang lịch sử mới về hố đen (phần I) Trang lịch sử mới về hố đen (phần II) Trang lịch sử mới về hố đen (phần III) Hố đen vũ trụ vốn. tranh đang hiện hình về các hố đen và thiên hà đồng tiến hóa đã thay đổi quan điểm về các hố đen của chúng ta. Trước đây, các hố đen được coi là điểm dừng