Bất ngờ phát hiện hố đen "quái vật" có tốc độ quay chậm bất thường

Thông thường, các lỗ đen quay rất nhanh - gần bằng tốc độ ánh sáng. Nhưng các nhà thiên văn học đã nhận thấy rằng một lỗ đen "quái vật" lại có tốc độ quay chậm hơn nhiều so với hầu hết các lỗ đen nhỏ hơn.

Phát hiện mới này có thể tiết lộ manh mối về cách hình thành các lỗ đen siêu lớn này. Nằm ở trung tâm của chuẩn tinh H1821 643, cách Trái đất khoảng 3,4 tỷ năm ánh sáng, lỗ đen siêu lớn này có khối lượng gấp từ 3 tỷ đến 30 tỷ lần khối lượng Mặt trời, và chính điều đó đã khiến nó trở thành một trong những lỗ đen khổng lồ nhất mà các nhà khoa học từng phát hiện - Để so sánh, Sagittarius A * , lỗ đen siêu lớn ở trung tâm Dải Ngân hà chỉ gấp khoảng 4 triệu lần khối lượng Mặt trời. Bằng cách phân tích dữ liệu từ Đài quan sát tia X Chandra của NASA , các nhà khoa học đã tính toán được tốc độ của lỗ đen quái vật đang quay.

Christopher Reynolds, một nhà thiên văn học tại Đại học Cambridge và là đồng tác giả của một nghiên cứu mô tả: "Chúng tôi phát hiện ra rằng lỗ đen ở H1821 643 có tốc độ quay chỉ bằng một nửa so với hầu hết các lỗ đen có trọng lượng gấp khoảng một triệu đến 10 triệu Mặt trời".

Nói một cách đơn giản, lỗ đen là một hiện tượng kỳ lạ được tạo ra bởi sự nén của vật chất đến giới hạn của nó. Về lý thuyết, bất kỳ vật chất nào cũng có thể bị nén đến giới hạn, từ nguyên tử đến hành tinh, miễn là áp suất đủ lớn, thì nó có thể trở thành lỗ đen.

Nhóm nghiên cứu cho rằng câu trả lời có thể giúp giải thích cách thức hình thành lỗ đen siêu lớn. Một giả thuyết hàng đầu cho rằng lỗ đen siêu lớn hình thành từ các vụ va chạm giữa hai lỗ đen nhỏ hơn. Trong quá trình sáp nhập dữ dội, các lỗ đen có thể trải qua những thay đổi đáng kể về độ xoáy khi lực hấp dẫn kéo các lỗ đen theo các hướng khác nhau. Điều này có thể khiến lỗ đen siêu lớn quay chậm hơn. Mặt khác, các lỗ đen nhỏ hơn (không siêu khối lượng) được cho là hình thành khi chúng tích tụ vật chất từ một đĩa khí bao quanh chúng, vật chất sẽ đi vào vòng quay của chúng theo một hướng duy nhất và cho phép các lỗ đen tăng tốc độ nhanh chóng.

Nếu giả thuyết này là đúng, các lỗ đen siêu lớn trẻ hơn thường có tốc độ quay chậm hơn, trong khi các lỗ đen siêu lớn lâu đời sẽ có thời gian để hình thành hướng tốc độ ổn định và sẽ có tốc độ nhanh hơn. Nhìn chung, sẽ có một loạt các tỷ lệ quay được tìm thấy trên các lỗ đen siêu lớn.

Việc xác định tốc độ quay của lỗ đen siêu lớn H1821 643 đưa chúng ta tiến gần hơn một bước tới câu trả lời, nhưng các nhà khoa học sẽ cần nghiên cứu tốc độ quay của các lỗ đen siêu lớn hơn để chứng minh ý tưởng này.

Trong vũ trụ, lỗ đen nhỏ nhất được ghi nhận có khối lượng gấp 3 lần Mặt Trời của chúng ta. Các lỗ đen này được hình thành là do mất kiểm soát nhiệt hạch bên trong các ngôi sao lớn khi chúng chết đi, gây ra một vụ nổ siêu tân tinh. Áp suất cực lớn nén vật liệu lõi vào bán kính Schwarzschild bằng khối lượng của chính nó, do đó trở thành một lỗ đen.

Người ta thường tin rằng một ngôi sao có khối lượng lớn hơn khối lượng mặt trời từ 30 đến 40 lần sẽ trực tiếp biến thành lỗ đen khi nó chết. Ngoài ra các lỗ đen vũ trụ cũng được hình thành do va chạm và bồi tụ của các thiên thể khổng lồ, chúng sụp đổ và hình thành lỗ đen khi chúng vượt quá điểm khối lượng giới hạn. Ví dụ, thông qua quá trình bồi tụ, một ngôi sao neutron có khối lượng vượt quá giới hạn Oppenheimer sẽ bị nén thành một lỗ đen.

Về lý thuyết, khối lượng của lỗ đen nằm trên điểm kỳ dị của lõi và điểm kỳ dị đó nhỏ vô cùng, nên lỗ đen được hiểu là có thể tích nhỏ vô hạn, mật độ vô hạn, vô hạn về độ cong và vô hạn về nhiệt.

Độ cong của lỗ đen là vô hạn, dùng để chỉ bán kính Schwarzschild, và điểm tới hạn của nó còn được gọi là chân trời sự kiện lỗ đen. Ở đây, độ cong là sự biến dạng của không-thời gian xung quanh gây ra bởi khối lượng, được biểu hiện dưới dạng lực hấp dẫn. Ở những nơi xa, lực hấp dẫn của nó vẫn tuân theo định luật vạn vật hấp dẫn, tỷ lệ thuận với khối lượng và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách, giống như lực hấp dẫn của bất kỳ thiên thể nào.

Vì lực hấp dẫn trong bán kính Schwarzschild của lỗ đen là vô hạn, do đó bất kỳ vật chất nào ở gần lỗ đen sẽ bị "ăn", và sẽ không có đường quay trở lại, vì vậy lỗ đen sẽ ngày càng lớn hơn. Hố đen lớn nhất được tìm thấy trong vũ trụ được đặt tên là SDSS J073739.96 384413.2, có khối lượng gấp 104 tỷ lần Mặt trời.

Theo Tổ Quốc