Một lý thuyết nghiên cứu mới đã phát hiện một cơ chế tạo ra các lỗ đen siêu lớn từ vật chất tối. Nhóm nghiên cứu quốc tế phát hiện ra rằng, các lỗ đen siêu lớn có thể hình thành trực tiếp từ vật chất tối trong các vùng mật độ cao ở trung tâm các thiên hà thay vì các kịch bản hình thành thông thường liên quan đến vật chất ‘thường’.
Kết quả nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng đối với vũ trụ học trong lĩnh vực nghiên cứu về vũ trụ sơ khai, và được công bố trên tạp chí Monthly Notices của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia.
Cách thức mà các lỗ đen siêu lớn bắt đầu hình thành chính xác là một trong những vấn đề lớn nhất trong nghiên cứu về sự biến hóa của thiên hà ngày nay. Quan sát cho thấy các lỗ đen siêu lớn hình thành sớm nhất là 800 triệu năm sau vụ nổ Big Bang, và làm thế nào mà chúng có thể phát triển nhanh như vậy là điều vẫn chưa được giải thích. Các mô hình tiêu chuẩn hình thành các lỗ đen liên quan đến vật chất baryonic (được cấu thành từ các hạt proton, neutron và electron) bình thường, các nguyên tử và nguyên tố tạo nên các ngôi sao, hành tinh và tất cả các vật thể có thể nhìn thấy bị phân chia dưới lực hấp dẫn rồi tạo thành các lỗ đen, sau đó lớn dần lên theo thời gian.
-
- Hình ảnh về một thiên hà xoắn ốc nằm trong một phân bố lớn hơn của vật chất tối không nhìn thấy được, được gọi là vầng hào quang vật chất tối (có màu xanh lam). Các nghiên cứu xem xét sự hình thành của các quầng vật chất tối đã gợi ý rằng mỗi quầng có thể chứa một hạt nhân rất dày đặc của vật chất tối, có khả năng bắt chước các hiệu ứng của một lỗ đen trung tâm, hoặc cuối cùng sụp đổ để tạo thành một lỗ đen. (Ảnh: ESO / L. Calçada)
Tuy nhiên, công trình mới nghiên cứu về sự tồn tại tiềm ẩn của các trung tâm thiên hà cố định được tạo thành từ vật chất tối và được bao quanh bởi một vầng hào quang vật chất tối loãng, phát hiện ra rằng trung tâm của các cấu trúc này có thể phân bổ tập trung đến mức chúng cũng có thể biến hóa thành các lỗ đen siêu lớn một khi tới thời hạn, hay đạt tới mức độ nhất định nào đó.
Theo như mô hình cho thấy, điều này có thể xảy ra nhanh hơn nhiều so với các cơ chế hình thành khác đã được phát hiện, và điều này sẽ cho phép các lỗ đen siêu lớn trong vũ trụ sơ khai hình thành trước các thiên hà mà chúng tồn tại ở đó, trái ngược với hiểu biết hiện tại. Giáo sư Carlos R. Argüelles, nhà nghiên cứu tại Đại học Công Lập ở La Plata, Ác-hen-ti-na, người dẫn đầu cuộc điều tra, nhận xét như sau:
“Kịch bản về sự hình thành này có thể đưa ra lời giải thích tự nhiên về cách các lỗ đen siêu lớn hình thành trong vũ trụ sơ khai, mà không yêu cầu gì về sự hình thành của các vì sao trước đó đồng thời không cần các lỗ đen với tốc độ bồi tụ phi thường”.
Một kết quả đáng chú ý khác của mô hình mới là đối với các quầng sáng vật chất tối nhỏ hơn, khối lượng các đám mây thiên hà sụp đổ thành một lỗ đen có thể là không đạt. Chẳng hạn như những quầng sáng xung quanh một số thiên hà lùn. Các tác giả cho rằng điều này có thể làm cho các thiên hà lùn nhỏ hơn có một hạt nhân vật chất tối ở trung tâm hơn là lỗ đen dự kiến. Một lõi vật chất tối như vậy vẫn có thể bắt chước các dấu hiệu hấp dẫn của một trung tâm lỗ đen thông thường, trong khi quầng sáng bên ngoài vật chất tối cũng có thể giải thích các đường cong quay của thiên hà đĩa quan sát được. Ông Carlos nói:
“Mô hình này cho thấy cách mà các quầng vật chất tối có thể hình thành mật độ dày đặc tại trung tâm của chúng, điều này có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ tìm hiểu sự hình thành của các lỗ đen siêu lớn. Lần đầu tiên ở đây chúng tôi đã chứng minh rằng sự phân bố của vật chất tối hay luồng vật chất tối như vậy thực sự có thể hình thành trong một mô hình vũ trụ học và duy trì ổn định trong suốt thời gian tồn tại của vũ trụ".
Các tác giả hy vọng rằng những nghiên cứu sâu hơn nữa sẽ làm sáng tỏ thêm về sự hình thành lỗ đen siêu lớn trong những buổi sơ khai của vũ trụ của chúng ta, cũng như nghiên cứu xem liệu trung tâm của các thiên hà không hoạt động này bao gồm cả Dải Ngân Hà có thể đóng vai trò vật chứa cho các lõi vật chất tối hay không.
Ngọc Mai
Theo Visiontimes
